세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 원자모형

노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학

정완상 저자 지음

성림원북스 2025년 10월 01일 출간 국내도서 : 2023년 11월 20일 출간

작품소개

책소개

눈으로 볼 수 없는 물질을 모형으로 만들어 원자 성질과 내부 구조를 설명하다

모형은 눈으로 보기 어렵거나 내부 구조 등을 설명하기 위해 만든다. 이처럼 원자모형은 원자가 관계하는 여러 가지 현상을 설명하고 그 구조를 직관적으로 이해하기 쉽도록 모형적으로 생각한 원자구조 형태다. 원자모형은 최근 개발된 최첨단 현미경을 이용하면 물질 내에서 원자가 어떻게 배열되었는지 관찰할 수 있지만 양성자와 전자로 구성되어 있는 원자 내부를 들여다볼 수 없다. 따라서 원자의 내부 구조를 연구하기 위해서는 모형으로 여러 가지 원자모형을 제시하고 이 연구를 바탕으로 원자의 성질을 예측하기도 한다. 최초의 원자모형은 돌턴이 제시한 원자모형이다. 돌턴은 원자는 더 이상 쪼개지지 않는 가장 작은 알갱이라고 주장했다.
〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈〉 중의 4권인 《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 원자모형》은 고전 물리학으로 설명할 수 없는 현상이 존재할 수 있다는 사실을 보여준 중요한 사건을 다룬다. 따라서 보어의 원자모형은 양자물리학으로 한 발짝 더 다가가는 중요한 나침반이 되었다. 이 책에서는 고대 원소론부터 양자역학으로 발전하기까지 역사적인 흐름으로 흥미진진하게 풀었다. 더불어 톰슨, 러더퍼드, 보어의 오리지널 영어 논문을 통해 그 시대 속 물리학자들의 고심과 연구 결과를 생생하게 느낄 수 있다. 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 될 것이다. 이 책은 시리즈(전 20권)로 기획되었으며 역대 노벨 물리학상 수상자들이 모두 등장한다.

목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 … 013
세상을 놀라게 한 원자모형 이론의 탄생_ 오거 보어 박사 깜짝 인터뷰 … 015

첫 번째 만남│돌턴의 원자설이 나오기까지
탈레스의 기본원소_ 탐구심으로 전쟁을 멈추다 … 022
4원소설_ 물질을 이루는 물, 불, 공기, 흙 … 029
고대의 원자론_ 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 입자 … 036
마법과 과학 사이의 연금술_ 돌맹이도 금이 되나요? … 039
근대화학의 아버지 돌턴_ 원소의 원자는 둥글다 … 049

두 번째 만남│뉴턴의 원운동
벡터 알아보기_ 크기와 방향으로 정의하다 … 058
삼각함수의 역사_ 코사인 법칙 … 071
뉴턴의 구심력_ 왜 달은 땅으로 떨어지지 않을까? … 084
원운동을 위한 구심력의 크기_ 반지름이 작을수록 큰 운동이 필요하다 … 092
각속도와 각운동량_ 여러 자연현상을 나타낼 때에도 사용한다 … 099

세 번째 만남│톰슨의 원자모형
원자모형의 역사_ 토성 모형과 자두 푸딩 모형 … 110
전기장의 세기 구하기_ 가우스 법칙 … 113
톰슨의 논문 속으로_ 원자 속에 골고루 섞여 있는 전자 … 117

네 번째 만남│러더퍼드의 원자모형
러더퍼드의 원자핵_ 최초로 원자핵의 존재를 밝혀낸 모형 … 134
러더퍼드의 원자모형_ 끈기와 노력으로 결실을 맺다 … 139

다섯 번째 만남│보어의 원자모형
발머의 공식_ 수소원자의 방출 스펙트럼 … 156
보어의 발견_ 러더퍼드 원자모형을 뒤엎다 … 161
보어의 논문 속으로_ 불연속적인 에너지 … 167
에너지의 양자화_ 원자모형으로 알아본 각운동량 양자화 … 179

만남에 덧붙여
The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science_ 톰슨 논문 영문본 … 184
The Scattering of a and b particles by Matter and the Structure of the Atom_ 러더퍼드 논문 영문본 … 213
On the Constitution of Atoms and Molecules_ 보어 논문 영문본 … 230
위대한 논문과의 만남을 마무리하며 … 254
이 책을 위해 참고한 논문들 … 256
수식에 사용하는 그리스 문자 … 257
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다 … 258

인물정보

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.