세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자혁명 : 플랑크의 양자 입자에서 아인슈타인의 광전효과까지

플랑크의 양자 입자에서 아인슈타인의 광전효과까지

정완상 저자 지음

성림원북스 2023년 10월 30일 출간 종이책 : 2023년 08월 21일 출간

작품소개

책소개

현대물리학의 거인인 플랑크는 양자라는 입자를 처음 발견했다. 그는 이 입자가 고전 물리학의 입자와는 다르게 불연속적인 에너지가 허용되는 신기한 성질을 지니고 있다고 주장했다. 그는 1900년 양자론 논문으로 갈릴레이와 뉴턴이 완성한 역학 이론을 과감하게 뒤엎었다.
〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈〉 중의 3권인 《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자혁명》은 빛이 광자라는 알갱이로 이루어져 있고, 광자가 가질 수 있는 에너지가 어떤 최소 에너지의 정수배가 된다고 가정하는 것으로 시작한다. 이후 플랑크 논문의 영향으로 기존의 물리이론은 수정되었고, 핵물리학이나 소립자물리학도 양자론을 채택하는 등 고체물리학 역시 양자론의 개념을 받아들이게 된다. 플랑크 논문은 양자 시대를 활짝 연 문으로 이후 뉴턴의 역학은 양자역학으로 수정되었고, 보어가 올바른 원자모형을 만드는 데 큰 영향을 끼쳤다.
《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자혁명》은 플랑크의 양자론에 초점을 맞추었다. 플랑크가 양자론 최초의 논문을 완성한 시점에서 이 논문을 쓰기 위해 공부했던 열역학 이야기를 역사적으로 재미있게 풀었다. 동시에 플랑크가 사람들에게 알려주고 싶어 했던 것을 그의 오리지널 영문 논문으로 자세히 소개했다.
이 책에는 위대한 발견을 한 과학자들의 에피소드와 함께 수식이 등장한다. 어렵다고 느낄 필요 없이 고등학교 수준의 수학 내용만 알면 이해할 수 있도록 친절하게 설명하고 있다. 정교수와 물리군의 일대일 대화를 따라가다 보면 수학이나 과학에 두려움이 있는 독자들도 쉽게 이해할 수 있게 된다.
과학도를 꿈꾸는 학생, 양자론을 좀 더 알고 싶은 사람, 학생들에게 위대한 논문을 소개하려는 과학 선생님, 〈인터스텔라〉를 능가하는 SF 영화를 만들고 싶어 하는 영화 제작자나 웹툰 작가 등 과학에 관심을 가진 사람들에게 이 시리즈가 도움이 될 것이다. 이 시리즈 전20권에는 역대 노벨 물리학상 수상자들이 모두 등장한다.

[노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈](출간 예정 목록)
1권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 특수상대성이론
2권 : 마리 퀴리(1903년 노벨 물리학상, 1911년 노벨 화학상) - 방사선과 원소
3권 : 플랑크(1918년 노벨 물리학상) - 양자혁명
4권 : 보어(1922년 노벨 물리학상) - 원자모형
5권 : 하이젠베르크(1932년 노벨 물리학상) - 불확정성원리
6권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 브라운운동
7권 : 왓슨과 크릭(1962년 노벨 생리의학상) - DNA 구조
8권 : 디랙(1933년 노벨 물리학상) - 반입자
9권 : 찬드라세카르(1983년 노벨 물리학상) - 별의 물리학
10권 : 바딘(1972년 노벨 물리학상) - 반도체 물리학
11권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 일반상대성이론
12권 : 유카와 히데키(1949년 노벨 물리학상) - 핵력
13권 : 폴링(1954년 노벨 화학상, 1962년 노벨 평화상) - 화학결합
14권 : 파인먼(1965년 노벨 물리학상) - 양자전기역학
15권 : 피블스(2019년 노벨 물리학상) - 우주팽창과 암흑물질
16권 : 글라우버(2005년 노벨 물리학상) - 양자광학
17권 : 홀데인(2016년 노벨 물리학상) - 양자물질
18권 : 하셀만(2021년 노벨 물리학상) - 기후 물리
19권 : 차일링거(2022년 노벨 물리학상) - 양자정보
20권 : 겔만(1969년 노벨 물리학상) - 쿼크모형

목차

추천사_008
과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
물리학적 사고 성장사의 경험을 한번에 정리한 책
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
세상을 뒤바꾼 역학이론의 탄생 _펜지어스 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│양자론의 아버지, 플랑크
눈에 보이지 않은 힘을 탐구한 헬몬트 _공기가 여러 가지 기체라고?
의심 많은 화학자 보일 _기체의 압력과 부피의 관계를 밝히다
샤를의 법칙 _처음으로 기구를 타고 하늘을 날다
공기의 성분을 발견한 과학자들 _눈에 보이지 않는 기체의 발견
돌턴의 원자 이야기 _기체 분자설
분자설의 주인공 아보가드로 _모든 기체의 분자의 수는?

두 번째 만남│열역학의 영웅들
기체운동론의 선구자 줄 _신혼여행에서도 이어진 실험
열역학 제1법칙의 탄생 _무더운 날 냉커피가 점점 뜨거워지는 이유는?
엔트로피와 열역학 제2법칙 _열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동한다
열역학 제1법칙과 제2법칙의 연결 _편미분의 이용
조합의 수 _경우의 수를 헤아리는 4가지 방법
통계역학의 개척자 볼츠만 _엔트로피를 확률과 통계에서 찾다
볼츠만 인자의 탄생 _에너지가 무한대로 가면 0이 된다

세 번째 만남│흑체복사의 영웅들
일곱 개의 빛 _우리 눈에 보이는 빛의 원리
프라운호퍼, 분광학의 문을 열다 _스펙트럼 흡수선의 발견
키르히호프의 법칙 _빛의 흡수와 방출의 비는 일정하다
슈테판, 열복사의 신비를 풀다 _지구가 뜨거워지는 이유
전쟁으로 탄생한 빈의 공식 _물체의 색은 어떻게 결정될까?
빈, 보라 공식을 찾다 _파장이 짧은 빛
레일리-진즈의 빨강공식 _실험적 그래프를 수식으로 풀다
플랑크의 양자혁명 _완벽한 이론으로 불완전함을 이기다

네 번째 만남│플랑크의 논문 속으로
팩토리얼과 적분의 연결 _부분적분의 활용
스털링 근사식 _매우 큰 N으로 공식을 세우다
오일러가 푼 제타함수와 소수 관계 _무한급수의 합에 도전하다
플랑크의 기묘한 가설 _새로운 알갱이의 탄생
양자 시대의 서막 _플랑크상수를 파헤치다

다섯 번째 만남│광자의 존재를 알아낸 과학자들
아인슈타인, 플랑크 논문을 완성하다 _광전효과를 설명하다
콤프턴 효과 _양자의 존재를 밝힌 강력한 한 방

만남에 덧붙여
On an Improvement of Wien’s Equation for the Spectrum _플랭크 1 논문 영문본
On the Theory of the Energy Distribution Law of the Normal Spectrum _플랭크 2 논문 영문본
On the Law of the Energy Distribution in the Normal Spectrum _플랭크 3 논문 영문본
A QUANTUM THEORY OF THE SCATTERING OF X-RAYS BY LIGHT ELEMENTS _콤프턴 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

작가정보

저자(글) 정완상 저자

과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. [과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈] 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 [과학공화국 법정 시리즈] 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 [개념 잡는 수학툰 시리즈]를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈]를 집필 중이다. 우리나라의 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 네이버 카페 [정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기]를 운영하기 시작했다.