인간과 과학24 기본적인 입자들의 상호작용 우리는 지금까지 물질을 구성하는 기본적인 구성 요소가 무엇인가를 고찰하여왔다. 그런데 이러한 기본 입자들을 중요하게 여기는 것은 이들 간의 상호작용에 의한 이들의 운동 상태에 의해 자연계의 모든 현상을 설명할 수 있다고 보기 때문이다. 이러한 관점에 의해 자연현상을 설명하기 위해서는 먼저 이들 기본 입자 사이에 어떤 상호작용 존재하는가를 알아야 할 것이며, 다음에는 이러한 상호작용이 있을 때 어떤 운동 상태가 가능할 것인가를 말할 수 있어야 한다. 여기서는 먼저 기본 입자들 사이에 존재하는 상호작용은 어떤 것인가를 고찰하기로 해보자. 여기서 상호작용이라 함은 이 입자들 사이에 서로 주고받는 힘을 의미하며 따라서 이 문제는 이러한 입자들 사이에 어떤 힘이 존재하는가 하는 문제와 동일한 것이다. 자연계에 존.. 2020. 9. 22. 입자의 분류 이때까지 소개한 입자들을 종합해보면 무려 12가지가 된다. 이들을 다음과 같은 네 종류로 구분해 볼 수 있는데 1. 중입 가족 질량이 무거운 입자들(양성자, 중성자 및 그 반입자들) 2. 중간 자족 중간 정도의 질량을 가지는 입자들(파이 입자들) 3. 경입자족 질량이 가벼운 입자들(전자, 중성미자 및 그 반입자들) 4. 광자족 여기에는 광자만이 단독으로 속함 일단 이렇게 12개의 입자들을 정리해놓으면 이들은 매우 짜임새 있는 모임이며 어느 하나도 없어서는 안 될 분명한 역할을 자연계 내에서 하고 있다. 그러므로 이들 12개의 입자가 기본 입자의 전부라고 한다면 그런대로 만족스러운 자연관을 이룬다고 하겠으나, 현실적으로는 이 12개 이외에도 그 역할이 분명하지 않은 다른 기본입자들이 계속해서 발견되고 있다.. 2020. 9. 21. 반입자와 파이입자 그리고 중성미자 반입자에 대해 일단 빛의 입자인 광자를 기본 입자로 인정한다면 우리는 광자와 더불어 전자, 양성자, 중성자의 네 가지 기본 입자를 인정하는 셈이다. 그런데 이 네 가지 기본입자 사이에는 중요한 비대칭성이 존재함을 곧 알 수 있다. 즉 양전기와 음전기는 여러모로 보아 서로 대칭성을 가져야 할 듯 보이나, 양전하를 띤 양성자와 음전하를 띤 전자는 그 크기나 성질에 있어서 크게 서로 다르다. 물론 자연현상이 반드시 대칭성을 가져야 할 이유는 없지만 대체로 옳은 이론은 간결하고 대칭적이라는 것이 우리가 경험하는 일반적인 경향이다. 그런데 사실상 입자 세계에도 대칭성이 존재한다는 것이 밝혀졌다. 즉 전자와 그 질량이 같고 전하가 반대인 반양성자가 발견된 것이다. 뿐만 아니라 중성자에도 그 성질이 반대되는 반중 성.. 2020. 9. 20. 원자핵의 구성입자 그리고 광자 일단 원자가 중심부에 놓인 원자핵과 그 주위를 회전하는 전자들로 구성되었다는 사실이 명백해지자 이번에는 다시 원자핵이 무엇으로 구성되어 있는가 하는 문제가 등장하였다. 원자핵을 구성하는 것으로 보이는 입자로서 전자의 전하량과 그 크기가 같고 부호가 반대인 양의 전하를 띠는 무거운 입자를 곧 생각할 수 있다. 이러한 입자는 수소의 원자핵에서 보는 바와 같이 단일 입자로 존재하기도 하며, 좀 더 큰 원자핵을 다른 입자로 때려 붕괴시킬 때 튀어나오기도 한다. 러더포드는 1919년에 질소 원자핵을 아파 입자로 때림으로써 이러한 입자가 나오는 것을 확인하고 이를 곧 양성자라고 명명했다. 양성자의 전하는 전자의 전하를 -1이라고 할 때 +1이며 그 질량은 전자 질량의 약 1836배이다. 그러나 원자핵이 양성자만으로.. 2020. 9. 18. 원자의 유핵구조 원자의 구조 원자 속에는 양의 전하를 띤 무거운 부분이 남아 있을 것으로 생각되었으나, 이것과 전자가 서로 어떤 구조를 가지고 원자를 이루고 있는지는 명백하지 않았다. 전자를 발견했던 톰슨은 원자의 모형으로서 건포도를 군데군데 섞어 넣은 둥그런 찐빵 모양의 형태를 생각하였다. 즉 양의 전하로 대전된 둥근 찐빵 덩어리 속에 음의 전하를 가진 건포도(전자)들이 드문드문 박혀 있어서 전체적으로는 전기적 중성을 유지하고 있으나, 때로는 건포도 알이 밖으로 튀어나가기도 하고 또는 외부로부터 여분의 건포도 알이 더 들어와 박혀 여러 종류의 양 또는 음 이온도 만들 수 있다고 생각하였다. 한편 방사선 물질에서 방출되는 알파선은 이미 말한 바와 같이 양의 전하를 띤 입자들로 구성되어 있으며 또 전자에 비해 대단히 무거.. 2020. 9. 17. 원자의 구성입자 중 전자의 발견 원자가 기본적인 입자가 아니라 좀 더 기본적인 다른 입자들의 결합으로 이루어졌다는 사실은 어디에 근거를 두고 있는가? 그리고 이러한 더 기본적인 입자라는 것은 어떤 것들인가? 이러한 점에 대한 최초의 암시는 원자보다 수천 배나 더 가벼운 극히 작은 또 다른 입자가 존재한다는 사실을 발견하면서 나타나게 되었다. 1. 전자의 발견 19세기 말에 과학자들은 후에 방사성 물질이라고 불리게 된 우라늄이나 라듐 같은 물질로부터 방사선이라고 불리는 눈에 보이지 않는 그 무엇이 방출되고 있음을 발견했다. 이들은 그 성질에 따라 각각 알파(a) 선, 베타(B) 선, 감마(y) 선이라고 불리게 되었는데, 알파선은 양의 전하, 베타선은 음의 전하를 띤 입자들임이 밝혀졌고, 감마선은 전하를 띠지 않은 전자기파의 일종임이 후에.. 2020. 9. 16. 근대의 원자사상 근대의 원자 사상 그리하여 대략 2천여 년 간 원자 사상은 거의 잊힌 상태로 있다가 19세기 초에 이르러서야 다시 고개를 들게 되었다. 그러나 이번에는 단순한 사변에 의해서가 아니라 상당한 실증적 토대 위에 그 기반을 구축한 것이다. 그러면 근대의 원자 사상은 어떤 실증적 근거를 가지고 있는가? 즉 물질이 더 이상 나뉠 수 없는 유한한 크기의 단위 입자로 구성되었다는 사실을 어떤 방법으로 실증할 수 있는가? 이러한 것을 생각하기 위해 좀 더 단순한 경우를 하나 고찰해보자. 지금 설탕을 탄 커피잔들이 여러 개 있다고 하고 이 안에 녹아 있는 설탕은 잔마다 일정하지 않다고 하자 이때 우리가 생각하고자 하는 문제는 여기에 녹아 있는 설탕들이 일정한 크기의 네모난 각설탕을 녹인 것인가 아니면 가루 설탕을 녹인 .. 2020. 9. 15. 현대과학 기술문명과 원자사상 20세기의 과학과 기술은 과학기술 자체의 발전뿐만 아니라 인간의 삶의 양식과 가치관에 큰 변화를 초래하면서, 이른바 과학기술문명을 낳게 하였다. 자연현상에 대한 순수한 호기심에서 출발한 과학은 기술과 결합하면서 그 몸집이 크게 불어나 '거대과학'의 모습을 띠게 되었고 다시 사회와 국가의 요구에 부응하면서 오늘날 한 국가를 지탱하는 가장 강력한 힘으로 자리 잡고 있다. 과학 기술시대로 불리는 20세기는 로켓 제조에 의한 우주 탐색, 식량, 생산의 향상, 질병 퇴치, 수명연장, 각종 편리한 기기 개발, 제품의 대량생산 등 화려한 성과를 올린 시기였음에 틀림없다. 그러나 다른 한편으로 과학기술의 발전은 새로운 문제를 유발하기도 하였다. 그것은 인공물질 생산에 의한 환경오염, 지구온난화 현상, 원자핵이나 생물의.. 2020. 9. 14. 현대의 컴퓨터시대 컴퓨터시대 우리는 현대를 흔히 컴퓨터 시대라고 부른다. 최근 통계에 의하면 세계적으로 보급된 PC 수는 국가정보화 지수 산정작업의 비교 대상 국가로 선정된 50개 국에서만 7억 2천4백만대라고 하고 우리나라의 보급 대수는 2천6백만대라고 한다. 1946년 완성되었던 초대형 진공관 컴퓨터 에니악과 비교해 볼 때 지난 60년 사이 컴퓨터의 무게는 30톤에서 1kg 미만으로까지 감소하였고 가격도 근 50만 달러에서 1천 달러 밑으로 까지 떨어졌다. 그리고 처리속도는 에니악이 초당 5천 회의 덧셈을 할 수 있었던 데에 반해 2006년 현재의 CPU는 초당 21억 6천만 회의 연산을 할 수 있는 정도에까지 이르렀다. 무서운 속도로 발전하고 보급되는 컴퓨터는 이미 현대 생활의 필수품이 되었으며 그 위력은 앞으로 더.. 2020. 9. 13. 이전 1 2 3 다음
