세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 핵물리학

러더퍼드의 원자핵 발견에서 유카와의 중간자 이론까지

정완상 저자 지음

성림원북스 2025년 10월 01일 출간 국내도서 : 2024년 12월 16일 출간

작품소개

책소개

〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 12번째 책으로, 러더퍼드의 원자모형 탄생부터 채드윅의 중성자 발견, 유카와의 중간자 예언, 파월 그룹의 파이 중간자 발견까지, 원자핵의 비밀을 풀어가는 물리학자들의 치열한 연구 과정이 핵물리학의 역사와 함께 흥미진진하게 펼쳐진다. 저자인 정완상 교수는 이론물리학자이자 물리학과 교수로서 30년 이상 쌓아온 경험을 바탕으로 물리학도를 비롯해 물리학에 관심을 지닌 독자, 일반 독자들을 대상으로, 이 책을 통해 노벨상 수상자들의 오리지널 논문을 접하는 특별한 즐거움을 선사하고 있다. 2008년 자발적 대칭 붕괴로 노벨 물리학상을 받은 일본의 난부 요이치로 박사와의 인터뷰 형식을 빌린 도입부는 동아시아 최초이자 일본인 최초로 노벨 물리학상을 받은 유카와 히데키의 핵력 이론에 대해 짧게 설명하며 책의 흐름을 개괄적으로 파악하도록 했다. 이어, 원자핵의 발견부터 우주방사선 발견, 알파붕괴, 베타붕괴 이론과 함께 유카와의 노벨상 수상을 가능하게 한 일본 물리학의 변천 과정, 어린아이들의 캐치볼 놀이에서 핵력 이론에 대한 아이디어를 떠올린 유카와의 연구 과정과 논문 내용을 소개한다. 무엇보다 이 책은 저자를 대변하는 정교수와 독자 입장에서 정교수에게 질문을 던지는 물리군의 대화 형식을 빌려 일대일 수업을 듣는 듯 친절하고 정교하게 구성된 것이 특징이다. 부록에는 핵마법수에 대한 메이어 논문, 알파붕괴에 대한 가모프 논문, 핵력에 대한 유카와, 그리고 하이젠베르크의 논문을 실었다. 저자는 특히 이론물리학의 천재로 불리는 가모프의 논문에 대해 ‘아름답다’라고 표현한다. 이와 함께 노벨 물리학상, 화학상 수상자 목록을 실어 더 깊은 탐구와 이해로 세계로 안내한다.

목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
아시아 최초로 노벨상의 영광을 안은 유카와 _ 난부 요이치로 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남 : 원자핵의 모양
원자핵의 발견_전자와 함께 원자를 구성하는 미세한 입자
우주에서 온 방사선_우주방사선 발견으로 노벨상 받은 헤스
윌슨의 안개상자 발명과 뮤온의 발견_멋진 안개상자가 해낸 일들
거품상자의 발명_입자의 질량을 알아내다
새로운 입자 발견의 시대_양성자와 중성자의 발견
핵의 결합에너지_4개의 수소 핵은 헬륨 핵 하나보다 무겁다
핵의 물방울 모형 _핵마다 결합에너지는 달라진다
마법수의 발견 _메이어와 옌센, 완벽한 핵 껍질 모형을 만들다
미분 방정식 _등식을 만족하는 미분을 포함한 방정식

두 번째 만남 : 알파붕괴 이론
시간 의존, 시간 비의존 슈뢰딩거 방정식_양자역학의 비밀을 풀다
슈뢰딩거 방정식의 경계조건_양자역학은 확률게임이다
퍼텐셜 계단_양자의 신비가 궁금해!
가모프의 논문 속으로 I_양자터널링으로 알파붕괴 이론 설명
가모프의 논문 속으로 II_슈뢰딩거 방정식의 근사해를 구한 과학자들
알파붕괴 이론_알파입자가 밖으로 투과되다

세 번째 만남 : 베타붕괴
베타붕괴의 발견_중성자가 양성자로 바뀌면 일어나는 일
체렌코프 효과_세 명의 과학자가 빚어낸 아름다운 하모니
뉴트리노의 발견_뉴트리노로 노벨상을 거머쥔 과학자들
페르미의 베타붕괴이론_베타붕괴에서 방출되는 최종 에너지값은?

네 번째 만남 : 핵력을 발견한 유카와
일본 물리학의 시작_겐지로, 한타로, 니시나가 끼친 업적
아시아 최초의 노벨상_유카와 히데키, 중간자 이론을 발표하다
맥스웰 방정식과 로렌츠 게이지_벡터와 전기 퍼텐셜의 재미있는 성질
유카와의 중간자 예언_중간자의 질량을 계산하다
유카와의 논문 속으로_유카와 퍼텐셜이 궁금해!
파이 중간자의 발견_피레네산맥에서 발견한 한 장의 사진

만남에 덧붙여
Quantum Theory of the Atomic Nucleus_가모프 논문 영문본
On Closed Shells in Nuclei Ⅱ_메이어 논문 영문본
On the Interaction of Elementary Particles_유카와 핵력 논문 영문본
The Yukawa Theory of Nuclear Forces in the Light of Present Quantum
Theory of Wave Fields_하이젠베르크 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다
노벨 화학상 수상자들을 소개합니다

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 학생에게 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. 우리나라에서 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 네이버 카페 〈정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기〉를 운영하기 시작했다.