[Review] 세상에서 가장 쉬운 과학 수업 – 원자모형 (정완상 著, 성림원북스)

“세상에서 가장 쉬운 과학 수업 – 원자모형 (정완상 著, 성림원북스)”을 읽었습니다.

이제는 상식처럼 되어버린 원자론은 사실 굉장히 중요한 발견입니다. 리차드 파인만(Richard Phillips Feynman, 1918~1988 )에게 누군가 모든 지식이 사라진 인류에게 단 한 마디를 남긴다면 어떤 문장을 남기겠는가라는 질문에 대해 ‘모든 물질은 원자로 이루어져 있다’라고 답변한 일화는 굉장히 잘 알려져 있습니다. 즉, 원자에 대한 이해는 물리학의 기초이자 핵심이라는 의미입니다. 원자에 대한 이해가 뒷받침된다면, 그리고 모든 물질이 원자로 이루어졌다는 사실에 의거하여 현대 물리학의 기반 이론들은 빠르게 복원할 수 있다는 의미이기도 합니다.

원자론은 고대 그리스 시설부터 주장되어져 왔습니다. 물론 현대의 원자론과는 사뭇 다릅니다만 기본 개념의 차원에서 접근을 시작했다고 봐야 할 것 같습니다. 탈레스는 세상 모든 사물이 공통 원소로 이루어져 있다고 믿었고, 그것을 기본 원소라 불렀습니다. 이후 아낙시만드로스는 기본원소를 무한한 물질인 ‘아페이론’이라 믿었구요. 
이후 엠페도클레스네라는 철학자는 4원소설을 주장합니다. 흥미로운 것은 이 네 원소들이 힘에 의해 분리되고, 합쳐진다 믿었는데 이는 현대의 입자 이론과도 일부 상통하는 부분이 있다는 것입니다. 이후 플라톤과 아리스토텔레스에 의해 4원소설은 더욱 정교하게 가다듬어집니다. 
데모크리토스에 의해 원소가 아닌 원자의 개념이 설명되는데, 바로 더 이상 자를 수 없는 상태의 가장 작은 입자로서의 원자를 설명해낸 것이지요. 하지만 데모크리토스의 원자론은 아리스토텔레스의 이론에 밀려 오랜 기간동안 빛을 보지 못하고 있었습니다. 특히 4원소설은 중세 연금술에 의해 더욱 ‘이론적’으로 정교해지고 종교적인 결합까지 이루어 세상의 만물을 설명하는 이론으로 각광받게 됩니다. 

이후 19세기 돌턴 (John Dalton, 1766~1844)이 원자에 대한 완벽한 정의를 내리게 됩니다. 그리고 실험결과에 부합하는 원자 모형은 1913년 보어 (Niels Bohr, 1885~1962)에 의해 정립되게 됩니다. 

이 이론의 핵심은 전자가 가지는 에너지가 불연속적이라는 데 있습니다. 바로 에너지 궤도에 대한 아이디어인데요, 전자가 높은 에너지 궤도에 있다가 낮은 에너지 궤도로 내려오면 광자를 방출하게 되는데 바로 양자 도약 (Quantum Jump)라는 아이디어를 통해 해결해냅니다.
이 이론은 과거 원자모형으로는 풀리지 않았던 수소 선스펙트럼을 설명할 수 있었습니다. 보어의 이론은 원자 내부 구조를 밝히는데 큰 공헌을 하고 결국에는 양자역학으로 발전할 수 있는 단초를 제공하게 됩니다. 보어의 원자 모형은 양자 역학 시대를 열었다 평가를 받는 이유라 할 수 있겠습니다. 
 저자인 정완상 교수는 현재 경상대학교 물리학과에 재직 중인 물리학자로 대중과 소통하는 여러 과학 저작에도 열심인 분입니다. ‘세상에서 가장 쉬운 과학 수업’ 시리즈는 다른 대중 과학 서적에서 다루지 않는 과학 이론과 관련한 논문 그 자체에 집중하여 독자들에게 해당 과학 이론을 설명하는 방식을 채택하고 있습니다. 하지만 설명자체를 인터뷰나 강의 형식 등을 빌어 독자들의 접근을 보다 쉽게 하고 있습니다. 이번에 읽은 “세상에서 가장 쉬운 과학 수업 – 원자모형”은 그 시리즈 중 한 권으로 고대 연금술부터 보어의 원자모형까지를 다루고 있습니다. (이후의 원자론은 양자역학의 영역이기에 아마도 이 책은 보어의 원자모형까지만을 다루고 있는 것으로 생각됩니다.)




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※ 본 서평은 출판사로부터 도서를 제공받아, 직접 읽고 주관에 따라 서평을 작성하였습니다.