새로운 원자론을 발견한 두명의 물리학자
학창시절 물리학시간에는 원자와 분자라는 개념을 배우게 됩니다. 원자론이란 모든 물질이 원자로 구성되어 있다는 이론인데요. 이 이론 역시 1900년대에 발견된 이론이며 그 전에는 물질이 원자로 구성되어 있다는 사실을 몰랐던 시대였습니다. 과학 분야에서 원자론을 최초로 제기한 사람은 영국의 존 돌턴이라는 화학자에 의해서 였습니다. 돌턴은 ‘질량 보존의 법칙’, ‘정비례의 법칠’을 설명했으며 이 학설이 원자론의 배경이 되게 됩니다.
돌턴은 각 기체를 구성하고 있는 원자들의 질량비를 찾아내기 위해 원자론을 기반으로 한 가설을 세웠는데요. 이는 두 원소가 결합할 때 각 원소의 원자가 1:1로 결합하여 2원자 화합물을 만드는 것이 가장 쉬운 것이라고 가정했습니다. 이어 두 원소가 결합하여 만들어지는 화합물이 하나밖에 없으면 그것은 1:1로 결합한다고 가정했습니다. 이러한 결합 규칙을 설정하여 여러 화합물을 구성하는 원소들의 질량비를 얻게 되었으며 이를 통해 수소를 기준으로 한 원소들의 상대적인 질량비를 찾을 수 있게 되었다고 전해집니다.
하지만 이후 에르빈 루돌프 요제프 알렉산더 슈뢰딩거는 새로운 원자론을 발견하게 되는데요. 그는 1887년 8월 12일 오스트리아 헝가리 제국의 수도인 빈의 에어드베르크 3가에서 루돌프 슈뢰딩거와 조르진 에밀라 브렌다 슈뢰딩거 밑에서 태어났습니다. 그는 어려서 부터 과학에 대단한 흥미를 가졌다고 하는데요. 그의 아버지 역시 식물학에 깊은 관심이 있었으며 그의 외조부는 빈 공과대학의 화공학과 교수였다고 알려집니다.
슈뢰딩거는 집에서 개인교습을 받다가 1898년 함스부르크 왕가에서 세운 왕립 학술 김나지움 입학 시험에 합격하였는데요. 이어 김나지움을 뛰어난 성적으로 졸업하였으며 1906년 빈 대학교 물리학부에 입학하게 됩니다. 그는 프리츠 하제뇌를 교수와 프란츠 엑스너 교수의 수업을 듣게 되었으며 이어 물리학과 박사 학위를 받게 됩니다. 1913년에는 실험물리학 교수였던 엑스너 교수와 공동연구를 시작하게 되는데요.
제1차 세계대전때는 포병사관으로 남부전선에 종군하면서 몇몇가지의 논문을 발표하게 됩니다. 이후 취리히 대학교, 베를린 홈볼트 대학교 등의 교수로 역임하면서 연구를 지속하다가 1933년 나치가 독일에 집권하게 되자 영국으로 망명하게 됩니다. 이어 1936년에 귀국하여 그라츠 대학교의 교수가 되기도 합니다. 이후 독일이 오스트리아를 병합시키자 로마로 망명하였다가 제2차 세계대전이 일어나자 아일랜드로 가서 더블린 고등연구소의 물리학 부장으로 일했습니다. 1956년 은퇴하여 오스트리아에 돌아와 빈대학교의 명예교수가 되었습니다.
그는 원자 구조론, 통계역학, 상대성 이론등을 여러 방면에 걸쳐 연구했으며 그중에서도 슈뢰딩거 방정식을 수립하여 파동역학을 수립했습니다. 또한 양자역학이 발전할 수 있는 길을 만들어 1933년 노벨 물리학상을 받게 됩니다. 그와 더불어 원자론의 발전에 기여한 사람은 폴 에이드리언 모리스 디랙입니다. 그는 1902년 8월 8일 잉글랜드 브리스틀에서 스위스인 아버지와 영국인 어머니사이에서 출생하였습니다. 프랑스어 교사인 아버지는 디랙과 대화할때 프랑스어를 사용하길 권했는데요. 이러한 문제로 아버지와의 관계가 좋지 않았다고 알려집니다.
이후 과묵한 과학자가 되어야 했으며 노벨상을 수상할때도 청중앞에 나가기를 꺼려했다고 전해집니다. 그는 양자역학, 디랙 방정식, 반입자의 예측, 자기 홀극, 페르미온의 통계역학, 디랙 델타 함수 등의 다양한 업적을 이룬 과학자입니다. 디랙은 동료들에게도 과도할 만큼 논리적인 사람이었다고 합니다. 케임브리지에서 일할때 그는 동료들에게 농담삼아 1시간에 한마디를 말한다는 1디랙 단위를 정의하였다고 합니다.
닐스 보어의 논문에서 묘사된 디랙은 자신의 연구에만 집중하는 인물이며 일요일에는 연구를 중지하고 혼자 산책을 즐겼다고 전해집니다. 그들이 발견한 새로운 원자론은 지금까지도 인류의 과학에 매우 큰 영향을 끼쳤습니다. 원자는 일상적인 물질을 이루는 가장 작은 단위이며 이러한 기준을 정립한 사람들이라고 평가받고 있습니다.
원자는 화학반응에서 더이상 쪼갤 수 없는 단위이며 모든 고체, 액체, 기체, 플라즈마가 전부 원자로 이루어져 있습니다. 현대 물리학에서는 원자는 원자핵와 전자로 이루어져 있으며 원자핵은 중성자와 양성자로 구성된다고 하는데요. 핵반응을 통해서 더 작은 단위로 나누어지기도 합니다. 원자의 역사는 돌턴의 배수 비례의 법칙, 기체 분자 운동론, 브라운 운동, 톰슨의 전자발견, 리더퍼드의 원자핵 발견, 닐스 보어의 원자구조, 슈뢰딩거의 원자모형, 중성자의 발견, 핵분열 고에너지 및 응집물리학의 과정을 거쳐 현대의 원자론이 확립된 것입니다.
앞으로도 더 발전할 수 있는 분야라고 생각되는데요. 요즘에도 과학자들은 끊임없는 실험과 연구를 통해 이세상에 알려지지 않은 새로운 이론과 계산식을 발견해 내고 있습니다. 이러한 과학분야의 업적들은 앞으로도 계속 쌓여갈 것인데요. 우리생활에 도움이 되는 것들과 그렇지 않은 것들이 있겠지만 모두가 인류가 이룬 위대한 발견이라고 생각합니다. 이세상에서 새로운 과학적인 이론을 발견한 위인들은 자신의 시간을 과학에 헌신한 사람들 입니다.
하지만 그들의 이야기들을 들어보면 그 일이 자신들에게 가장 가치있고 재미있는 일이라 여겼다는 것을 알 수 있습니다. 모름지기 사람은 자신이 좋아하는 일을 하는 사람들은 이길 수 없다라고 이야기하곤 합니다. 무슨일이든지 자신이 재미있어 하는 일을 해야만 큰 성과를 이룰 수 있는 것을 말해주고 있다고 생각합니다.
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