출판사 서평
갈릴레이, 뉴턴, 패러데이, 맥스웰, 아인슈타인, 플랑크,
베크렐, 러더퍼드, 보어, 하이젠베르크, 페르미, 마이트너 …
물리학자 12명의 위대한 순간을 포착하다!
열정과 노력, 우연과 직관이 빚어낸? 드라마틱한 발견들
“물리학적 혁명의 순간들은 어떤 학자에겐 열심히 연구에 몰두하는 가운데 찾아왔고, 어떤 학자에겐 일상에서 한 걸음 떨어져 휴가를 가거나 고향에 내려가 있을 때, 또는 산책을 할 때 찾아왔다. 그러나 연구실에서 그런 순간들을 맞았건 한가롭게 쉬고 있을 때 그런 순간들을 맞았건 간에, 공통적인 것은 그 순간...
갈릴레이, 뉴턴, 패러데이, 맥스웰, 아인슈타인, 플랑크,
베크렐, 러더퍼드, 보어, 하이젠베르크, 페르미, 마이트너 …
물리학자 12명의 위대한 순간을 포착하다!
열정과 노력, 우연과 직관이 빚어낸 드라마틱한 발견들
“물리학적 혁명의 순간들은 어떤 학자에겐 열심히 연구에 몰두하는 가운데 찾아왔고, 어떤 학자에겐 일상에서 한 걸음 떨어져 휴가를 가거나 고향에 내려가 있을 때, 또는 산책을 할 때 찾아왔다. 그러나 연구실에서 그런 순간들을 맞았건 한가롭게 쉬고 있을 때 그런 순간들을 맞았건 간에, 공통적인 것은 그 순간에 이르기까지 연구에 몰두했던 수많은 밤들과 풀리지 않는 문제를 안고 묻고 또 묻던 시간들이 누적되어 있었다는 것이다. 에디슨도 천재는 99퍼센트의 노력과 1퍼센트의 영감으로 이루어진다고 하지 않았던가. 물리학적 영감의 순간이 있기 위해서는 연구에 바친 수많은 땀이 선행되었다.”
- ‘옮긴이의 말’ 중에서
물리학의 혁명적 순간들은 존재했다. 물론 위대한 물리학적 발견과 이론이 천재들의 아이디어만으로 이루어진 것은 아니다. 뉴턴이 “내가 더 멀리 볼 수 있다면 그것은 내가 거인들의 어깨 위에 서 있기 때문이다”라고 말했던 것처럼, 모든 위대한 발견은 선배 학자들이 이루어놓은 토대를 바탕으로 꽃피웠다. 그러나 위대한 과학적 발견이 이루어진 과정을 살펴보노라면, 뉴턴이나 아인슈타인처럼 동시대의 과학자들보다 한 걸음 앞서거나 그들을 훌쩍 뛰어넘는 과학자들의 ‘혁명적 순간’을 발견할 수 있다.
토마스 뷔르케의『물리학의 혁명적 순간들』(원제 : Stern Stunden der Physik : Von Galilei bis Heisenberg)은 물리학사에 길이 빛나는 물리학의 혁명적 순간들을 마치 지금 이 순간 벌어지는 것처럼 현재로 불러와 그 순간을 실감나게 재현한다. 자신도 믿기 힘든 놀라운 발견에 황홀해 하는 과학자들, 해답을 알아냈을 때 “행복에 겨워 정신을 잃을 지경”이라고 고백하는 과학자들….
『물리학의 혁명적 순간들』은 갈릴레이, 뉴턴, 패러데이, 맥스웰, 아인슈타인, 플랑크, 베크렐, 러더퍼드, 하이젠베르크, 페르미, 마이트너 등 물리학사에 뚜렷한 족적을 남긴 물리학자 12명의 ‘혁명적 순간’을 드라마틱하게 보여주면서, 그들의 삶과 업적을 일화와 함께 흥미롭게 엮어낸 교양과학 도서이다. 독자들은 비교적 단순했던 갈릴레이의 실험에서부터 오늘날 우리 삶에 지대한 영향을 끼치고 있는 핵분열에 이르기까지 물리학이 걸어온 발자취를 따라 즐거운 지적 여행을 떠날 수 있을 것이다.
그러면 ‘혁명적 순간’은 어떻게 찾아온 것일까? 이들 물리학자들이 경험한 물리학의 혁명적 순간들은 한밤중에 연구하다가 ‘문득’ 떠오르는 방식으로 찾아오거나, 실험에 실험을 거듭하던 중에 ‘느닷없는 포탄처럼’ 찾아왔으며, 사고실험을 하다가 ‘번뜩이는’ 영감으로 찾아오는가 하면, 아니면 아주 운 좋게도 ‘우연히’ 찾아왔다. 그러나 위대한 순간을 연구하던 중에 맞이하건, 한가롭게 쉬고 있을 때 맞이하건 간에, 그 순간이 찾아온 것은 수많은 노력과 시간들이 축적되었기 때문에 가능한 일이었다. 지지부진한 실험에도 끈을 놓지 않는 학문적 열정이 뜻하지 않는 우연과 섬광처럼 찾아온 직관과 함께 어우러져 그 순간들을 만들어냈던 것이다. 그 ‘혁명적 순간’들은 마치 마지막 퍼즐을 끼워 맞출 때처럼 아슬아슬한 설렘과 도취를 선물함과 동시에 과학자들의 머릿속을 움켜쥐었고 급기야는 탄성을 자아냈다.
가령, 아이작 뉴턴이 사과가 떨어지는 소리를 들었을 때 떠올린 생각이 중력 법칙의 발견으로 이어졌다는 이야기는 널리 알려진 일화 가운데 하나다. 그러나 뉴턴의 중력 이론을 ‘우연한 착상’에 비롯한 업적이라 여기는 것은 사정을 몰라서 하는 얘기다. 뉴턴이 관찰되는 모든 현상을 중력이라는 통일된 개념으로 편입시킬 수 있었던 것은 뉴턴의 집념어린 연구가 아니었으면 불가능했다. 비서의 말에 따르면 뉴턴은 2년 동안 “거의 사람 같아 보이지 않았다.”고 한다. 또한 비서는 “쉬는 시간을 잠시도 참을 수 없어 했다. 연구실을 나오는 일은 극히 드물었고 연구에 몰두한 나머지 점심 먹는 것을 잊어버릴 정도였다. 잠은 하루에 너댓 시간밖에 자지 않았다.”라고 전했다.
알베르트 아인슈타인은 베른 특허국 사무실에 앉아서 사고실험을 하며 상상의 나래를 펴던 중, 자유낙하하는 사람은 자신의 무게를 느끼지 못할 것이라는 생각에 깊은 충격을 받았고, 그 생각을 단초로 하여 상대성 이론을 만들었다. 그러나 이 사고실험이 상대성 이론으로 단단하게 영글어지기까지는 아인슈타인의 ‘초인적인 노력’, ‘끝없는 고생과 고통스러운 의심’이 필요했다. “굴뚝처럼 담배 연기를 내뿜고, 말처럼 일하고, 아무렇게나 먹고, 진짜 마음에 드는 사람들이 찾아와야만 가물에 콩나듯 한 번쯤 산책을 하고, 불규칙적으로 수면을 취하고….” 올바른 방정식을 찾았는데도, 계산상의 실수로 아인슈타인은 2년 동안 수식 속을 헤매기도 했다.
우라늄 등에서 모종의 방사선이 나온다는 앙리 베크렐의 발견은 우연의 힘이 컸다. 우중충한 날씨가 아니었다면 베크렐은 ‘최초의 방사선 발견’이라는 명예를 마리 퀴리에게 넘겨주었을지 모른다. 베크렐은 우라늄 결정을 햇빛에 노출시켰을 때 나타나는 인광 실험을 반복하고 있었는데, 날씨가 좋지 않자 실험하기를 그만두고 사진 건판 위에 우라늄 결정을 놓고는 서랍장 속에 넣어버린다. 며칠 후 베크렐은 서랍 속에 넣어둔 사진 건판에 검은 그림자를 발견했고, 우라늄 결정이 방사선을 발산한다는 것을 최초로 확인했다.
어니스트 러더퍼드가 원자에서 핵을 발견한 사건은 극적이기까지 하다. 러더퍼드는 학생들에게 금속박지에 알파입자를 조사(照射: 광선이나 방사선 따위를 쬠)하도록 한다. 입자들이 금속박지를 자연스럽게 통과하리라고 생각했지만 8,000개 중 하나 꼴로 입자가 금속박지에 부딪혀 튕겨져 나왔다. 러더퍼드가 뛰어난 것은 이 실험에서 원자에 아주 작은 핵이 있다는 것을 생각해냈다는 점에 있을 것이다. 러더퍼드는 “그 이야기는 마치 수류탄을 얇은 종이에 던졌는데 그 수류탄이 도로 튀어나와서 나를 때린 것만큼이나 믿기지 않은 이야기였다.”라고 회상했다.
베르너 하이젠베르크는 절망스러운 수학 문제에 빠져 있다가 휴식을 취하고자 떠난 휴양지에서 그동안 해결하지 못했던 수식에 답을 찾는다. 하이젠베르크는 그때의 심정을 이렇게 표현한다. “첫 번째 항이 에너지 명제를 충족시켰을 때 나는 흥분의 도가니에 빠졌다. 완전한 계산을 손에 쥐었을 때는 새벽 3시가 가까워오고 있었다. 나는 까무라칠 것 같았다. 표피적 원자 현상을 통해 저 안쪽 깊숙이 높인 아름다운 심연을 본 것 같은 느낌이었다.”
초등학교 때부터 비범한 재능을 과시한 엔리코 페르미가 느린 중성자의 힘을 발견한 것은 우연과 직관의 힘이 컸다. 페르미는 중성자를 통한 방사성 동위원소 생성 실험을 진행하던 중, ‘그냥’ 갑자기 실험 물질로 ‘납’이 아니라 ‘파라핀’이 좋겠다는 생각을 한다. 그래서 납이 있던 자리에 파라핀을 갖다 놓고 실험을 진행했다. 그러자 믿기지 않은 일이 발생했다. 중성자를 파라핀에 통과시켰을 때 중성자는 파라핀 속에서 속도가 느려졌고, 이렇게 느려진 중성자는 지금까지와는 상대도 안 되는 방사능 효과를 발생시켰던 것이다. 그날 밤 연구원들은 모두 흥분을 주체하지 못해 큰 소리로 토론하며 신들린 사람처럼 현관을 왔다 갔다 했다고 한다.
리제 마이트너는 나치의 박해를 피해 스웨덴으로 망명했을 때, 조카와 산책하다가 나무 밑둥에 걸터앉아 학문적 동료인 오토 한의 실험 결과

목차
서문
갈릴레오 갈릴레이
공기의 저항을 완전히 제거하면 모든 물체는 똑같은 속도로 낙하한다
아이작 뉴턴
내가 더 멀리 볼 수 있다면 그것은 내가 거인들의 어깨 위에 서 있기 때문이다
마이클 패러데이
자기를 전기로 바꾸라!
제임스 클러크 맥스웰
이런 기호를 쓴 이는 신이 아닐까?
알베르트 아인슈타인
뉴턴, 날 용서해줘요!
막스 플랑크
그것은 절망에서 비롯된 행위였다
앙리 베크렐
나는 그것을 우라늄 방사선이라 부를 것이다
어니스트 러더퍼드
이제 원자가 어떻게 생겼는지 알아!
닐스 보어
그걸 본 순간 어마어마하고 상상력을 초월하는 그림이 그려졌다
베르너 하이젠베르크
두 눈을 동시에 뜨면 보이지 않아
엔리코 페르미
내게 필요한 것은 파라핀이야
리제 마이트너
나는 원자폭탄을 만들지 않았다
옮긴이의 말
참고문헌
도판의 출처
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