원자핵이 발견되기까지

1. 원자핵의 기원

우리는 “인간이 자연을 정복했다”는 말을 듣습니다.

“인간은 자연의 법칙을 배웠다”는 이야기와 같은 의미입니다.

그러나 사람들이 자연의 법칙을 진정으로 이해하기 시작한 것은 불과 300년 전입니다.

만유인력과 운동의 보편적 법칙에 대한 뉴턴의 발견은 물리학의 시작을 알리는 신호였습니다.

뉴턴 이전에는 천상의 세계와 지상의 세계를 지배하는 자연법칙이 거의 2,000년이라는 오랜 기간 동안 서로 다르다고 믿었습니다.

그런데 하늘을 구성하는 별들과 지구에 존재하는 모든 물체들이 같은 법칙에 따라 움직이는 것도 뉴턴 덕분이었다.

17세기의 그러한 통찰은 놀라운 것이었다.

하늘과 땅을 불문하고 우주에 존재하는 모든 물체가 같은 법칙을 따른다는 것은 매우 그럴듯했다.

그리고 18세기와 19세기에 소위 고전 물리학이 눈부시게 발전했습니다.

그러나 20세기에 이르러 고전물리학이 적용되지 않는 세계가 있다는 사실이 밝혀졌다.

이것은 원자와 분자의 내부 세계입니다.

고전 물리학은 원자와 분자의 내부 세계에서는 작동하지 않았습니다.

그곳에서 관찰된 현상은 고전물리학으로는 설명할 수 없었다.

그러므로 사람들은 우리 주변에서 고전물리학이 성립된 세계를 천상계, 거시세계, 고전물리학, 즉 원자와 분자의 내면세계가 성립되지 않은 세계까지 미시세계라고 부르게 될 것이다.

17세기에 뉴턴은 서로 다른 자연법칙으로 구분되어 있던 천상계와 지상계를 하나의 자연법칙으로 통일하였고, 20세기에 이르러 다시 인간이 거시적 세계와 미시적 세계를 지배한다는 사실을 깨달았다.

자연의 다릅니다.

그리고 이것의 방아쇠는 원자핵의 발견이었습니다.

역사적으로 다음과 같은 과정을 통해 미시적 세계에서는 뭔가 다르다는 것을 깨닫게 되었습니다.

빛이 먼저 나타났습니다.

빛이 입자인지 파동인지에 대한 질문은 뉴턴 시대에 처음 논의되었지만 19세기 후반에 빛이 분명히 파동이라고 믿었습니다.

빛이 회절을 보일 때 그것은 결코 파동이 아닙니다.

그리고 전자기학이 발달하면서 빛이 파동 중 전자기파라는 것이 밝혀졌다.

그런데 이 빛을 입자로 생각하지 않으면 불가능한 현상이 관찰되었다.

이것은 광전 효과로 알려진 현상입니다.

흥미롭게도 광전효과를 최초로 실험한 사람은 맥스웰이 전자기파의 존재를 이론적으로 예측한 후 전자기파가 실제로 존재한다는 것을 실험적으로 보여준 헤르츠였다.

그리고 아인슈타인은 광전 효과를 제대로 설명하기 위해서는 빛의 성질이 입자여야 한다는 점을 처음으로 지적했습니다.

이후 빛이 입자가 아니면 설명할 수 없는 현상이 속속 관찰됐다.

뿐만 아니라 더 흥미로운 점은 분명히 파동인 빛도 입자라면 분명히 입자인 전자(ET)는 파동이 될 수 없다는 것입니다.

그리고 곧 실험 결과 전자도 회절을 보인다는 것이 밝혀졌습니다.

이런 것들은 미시세계의 자연법칙인 양자역학이 등장하기 전부터 이미 논의되고 있었다.

거시적 세계에서는 물체가 입자이면서 동시에 파동이 되는 것이 논리적으로 불가능했지만, 미시적 세계에서는 입자와 파동의 차이가 없는 것처럼 보였다.

이 모든 질문은 나중에 양자 역학에 의해 답변되었습니다.

미시적 세계는 거시적 세계와 완전히 다릅니다.

미시세계의 존재를 입자와 파동으로 분리하려는 시도는 무의미했다.

거시적 세계와 매우 다른 미시적 세계의 현상을 입자, 파동 등 거시적 세계의 언어로 기술하면 이해할 수 없는 일이 벌어지는 것 같았다.

그리고 빛의 본질, 도대체 빛이 무엇인지도 일련의 미스터리였습니다.

사람들이 빛에 대해 더 잘 이해했다고 생각할 때 빛의 본질에 대한 새로운 질문이 다시 제기되었습니다.

이러한 과정을 통해 빛은 인간에게 자연의 이치를 조금씩 드러내는 길잡이 역할을 했다.

빛에 대해 조금 더 생각해 봅시다.

빛이란 무엇인가 전자파란? 미래에 우리가 빚진 것은 무엇인가에 대한 질문은 전자파가 무엇인가에 대한 질문과 같다는 것을 이해하려고 노력할 것입니다.

결국 빛은 전자기파 중에서 특별한 주파수를 가진 것일 뿐입니다.

빛이나 전자기파는 순수한 에너지 흐름입니다.

순수한 에너지는 여기서 매우 특별한 의미를 갖습니다.

순수한 에너지가 무엇인지 알아보기 위해 에너지 속으로 조금 더 깊이 들어가 봅시다.

예를 들어 에너지에 대해 이야기하자면 뜨거운 공기가 차가운 공기보다 더 많은 에너지를 가지고 있다고 말할 수 있습니다.

또는 뜨거운 공기가 차가운 공기보다 더 많은 열을 포함한다고 말할 수 있습니다.

열은 에너지의 한 형태입니다.

에너지는 여러 형태로 존재하지만 가장 쉽게 알아볼 수 있는 것은 열입니다.

공기를 데우면 더 뜨거워집니다.

기체든 액체든 고체든 그것을 구성하는 구성원들이 더 활발하게 움직인다는 뜻이다.

그리고 팔다리가 자유롭게 움직일 때 운동 에너지가 열로 나타납니다.

따라서 물체의 운동량은 물체를 구성하는 구성 요소의 평균 운동 에너지를 측정한 것입니다.

열이 한 장소에서 다른 장소로 전달되는 세 가지 방법은 전도, 대류 및 복사입니다.

예를 들어. 뜨거운 국물에 은수저를 넣으면 수저의 끝이 뜨거워진다.

전도로 전파되기 때문이다.

뜨거운 수프는 수프 분자가 매우 빠르게 움직이기 때문에 뜨겁습니다.

이렇게 자유롭게 움직이는 국물 분자가 은수저의 분자와 부딪혀서 숟가락 바닥이 뜨거워지고, 숟가락 바닥에서 자유롭게 움직이는 은 분자가 위에 있는 분자와 부딪히면서 자유롭게 움직이는 분자의 움직임을 전달한다.

숟가락을 끝까지 가열하십시오. 대류는 가스 렌지의 냄비에 있는 물을 가열합니다.

냄비 바닥의 물이 따뜻해지면 가벼워져 위로 올라가고 찬 물이 위로 내려오면 뜨거워집니다.

이와 같이 자유롭게 움직이는 모든 물질의 이동을 통한 열의 전달을 대류라고 합니다.

복사에 의해 열이 전달될 때 물질은 포함되지 않습니다.

열은 태양에서 지구로 직접 전달되지만 중간에 물질은 없습니다.

그런 다음 열은 빛의 형태로 전달됩니다.

따라서 빛은 질량이 없고 열이나 에너지를 전달하는 순수한 에너지 흐름입니다.