[인상깊은 문구]스티븐 호킹: 쉽게 풀어 쓴 시간의 역사

<<스티븐 호킹: 쉽게 풀어 쓴 시간의 역사>>

지은이: 스티븐 호킹

옮긴이: 현정준

발행처: 청림출판

1판 1쇄 인쇄: 1995년 10월 15일

1판 10쇄 발행: 2002년 4월 30일

제 1장

P14 독일군은 옥스퍼드와 케임브리지를 폭격하지 않기로 합의했는데, 이것은 영국군이 하이델베르크와 괴팅겐을 폭격하지 않는다는데 대한 교환 조건

P24 스티븐은 세인트 앨반스 학교 1학년 때 성적은 바닥에서부터 세 번째였던 것으로 기억됩니다. 그래서 내가 “스티븐, 너는 정말 그렇게 밖에 못하니?”했더니 그는 “다른 애들이라고 훨씬 더 잘한 것도 없어요”라고 하면서 전혀 개의치도 않더군요. 그 아이의 학교성적은 썩 좋은 편이 아니었지만 웬일인지 그는 언제나 머리가 아주 좋은 것으로 인정받았습니다.

P25 호킹 아빠: 그의 관심은 분야를 불문하고 그저 연구하는 것에 있었지요. 우연히 그것이 의학이었고 또 그의 특정한 생활 환경이 그를 열대 지방 의학으로 이끌어 갔던 셈이지요.

P27 바실 킹: 내 기억에는 호킹의 집에 여러 번 갔었던 것 같아요. 그 집에서는 이를 테면 저녁 식사에 초대해 놓고 스티븐과 이야기를 하는 동안 다른 식구들은 식탁에서 책을 읽고 있는 식의 상황이 벌어지곤 했어요. 이런 일은 내가 아는 교제 범위에서는 용납되지 않는데, 호킹가에서는 있을 수 있는 일이었습니다.

P32 메리 호킹: 내 기억에는 스티븐이 어떤 책에 몰두하고 있는 광경이 아주 선명하게 남아 있어요. 그 책이 무엇이었는지는 모르지만 그의 옆에는 비스킷이 한 통 있었을 뿐 아무도 그의 관심을 끌 수 없었지요. 그는 이 책에 흠뻑 빠져 버렸고 비스킷은 감쪽같이 사라져 버렸어요. 그가 책에 나와 제 정신을 찾았을 때 비스킷이 온데간데 없는 것을 알고는 깜짝 놀랐습니다.

제 2장

P47 수학은 나에게 있어 물리학을 하는 수단에 지나지 않았어요.

P71 그러나 내가 퇴원한 직후 나는 마치 처형대에 놓여 있는 것처럼 느껴졌어요. 만약 내게 집행유예가 주어졌다면 내가 해볼 만한 일들이 많다는 사실을 갑자기 깨달았어요. 내 질병이 가져다 준 하나의 결과는 다음과 같은 것이지요. “때 이른 죽음의 가능성에 당면하게 되면 인간은 인생이 살 값어치가 있다는 것을 이해하게 된다.”

P72 나는 박사 학위를 끝낼 때까지 살아 있을 가망이 없었기 때문에 연구를 계속하는데 별 의미가 없을 것 같았습니다. 그러나 시간이 갈수록 병세는 지체하는 듯 했어요. 나는 일반 상대성 이론을 이해하기 시작했고 연구에도 진전을 봤습니다.

 그러나 실제로 변동이라고 생각되는 일은 내가 제인 와일드라는 여성과 약혼을 하게 된 사실입니다. 이것은 나에게 살아 갈 보람을 주는 동시에 우리가 결혼을 하려면 내가 일자리를 얻어야 한다는 사실을 의미하는 것이었습니다.

제 3장

P83 퀘이사, 혹은 준성은 1963년에 발견된 항성과 유사한 천체인데 이 천체는 엄청나게 많은 빛을 내고 있다. 퀘이사는 우주의 시초에 가까운 약 100억년 전쯤에 형성된 것으로 생각되고 있다.

펄서는 맥동 전파성의 약층이고 그 붕괴된 상태에 연유하는 전자파의 규칙적 맥파를 내고 있는 별인데 1976년에 발견되었다.

P103 우주의 밀도가 무한대였던 시기가 있었는가?

그것은 1965년에서 1970년 사이에 주로 로저 펜로즈와 내가 발전시켰습니다. 우리는 이 기술을 사용하여 만일 일반 상대성이 옳다면 과거에 밀도가 무한대로 되는 상태가 존재해야만 한다는 것을 증명했습니다. ‘대폭발 특이점’

P122 검은 구멍이 이 양자역학적 효과로 인하여 마치 고온의 물체처럼 복사를 내기 떄문에 검은 구멍이 검지 않다는 것을 내게 설명해 주었지요.

 이 일은 열역학과 상대론과 양자역학의 새로운 통일을 이룩하여 물리학에 대한 우리의 이해를 변화시키게 되었습니다.

제 4장

P148 ”나는 엄밀하기 보다는 오히려 올바르기만을 원한다”

P154 그러나 결국 우주가 팽창하고 있다는 사실이 밝혀지게 되자 아인슈타인은 그와 나의 위대한 친구 조지 가모프에게 말했어요 “그것은 내 일생 최대의 실수였네!”

P162 우주는 창조되지도 파괴되지도 않으며 그저 ‘존재’할 따름입니다.

P176 과거 수백년 동안에 보어와 아인슈타인 사이에 있었던 논쟁처럼 큰 논쟁은 없었다고 생각돼요. 그렇게 위대한 두 사람 사이에 28년 이라는 오랜 기간 동안 그들처럼 수준 높은 동료 의식을 갖고 진행된 논쟁은 말이죠.

P177 아인슈타인은 그가 쓴 논문 가운데 가장 많은 논의를 불러 일으켰던 논문에서 “양자론은 내가 이해하는 바로는 실재에 관한 합리적인 모든 생각과 모순된다.”고 말했어요

 보어는 이에 대해서 “실재에 관한 당신의 생각은 너무나 한정되어 있어요.”

제 5장

P206 이사벨 호킹: 호킹은 그 자신이 할 수 있다면 다른 사람도 모두 할 수 있다 생각했다.

[인상깊은 문구]교양인을 위한 노벨상 강의

<<교양인을 위한 노벨상 강의>>

야자와 사이언스 연구소

강신규 옮김

발행처: 김영사

1판 1쇄 인쇄 2011.11.16

1판 1쇄 발행 2011.11.23

CH1 우주 탄생의 비밀에 다가간 ‘자발적 대칭성 파괴’

난부 요이치로: “1960년대 초 소립자 물리학에서 ‘대칭성 깨짐’이 자발적으로 일어날 수 있음을 수학적으로 설명하는 이론을 처음으로 제시하였다. ‘대칭성 깨짐’은 오늘날 우주와 인간이 존재할 수 있는 근거이다. 빅뱅 직후 모든 것은 대칭을 이루어 물질과 반물질, 입자와 반입자가 똑같이 존재하면서 서로 충돌하여 소멸하였는데, 어느 순간 이러한 대칭성이 꺠지면서 반물질과 반입자가 사라진 결과 물질과 입자로 이루어진 우주가 존재할 수 있게 된 것이다. 그의 연구를 발판으로 과학자들이 모든 입자의 질량을 결정하며 대칭성을 깨뜨리는 원인으로 지목되는 힉스(Higgs)입자를 파악할 수 있었다. 2008년 현대 입자물리학의 중심 개념인 ‘대칭성 깨짐’을 수학적으로 정리한 공로를 인정받아 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데와 함께 노벨 물리학상을 공동 수상하였다.” (출처: 네이버 두산 백과)

CH2 우주에 물질은 왜 존재하는가? CP 대칭성 파괴에 대한 해답

“C는 charge conjugation(하전공액변환)의 약자로, 간단히 말하면 입자(정입자)를 반입자로 반전하는 것이다. 여기서 플러스와 마이너스 전하를 지니는 입자쌍, 예를 들면 양성자와 전자가 있다고 하자. 양성자와 전자는 전자기력에 의해 서로 당기고, 전자는 양성자 주위를 회전한다. 여기서 만약 양성자와 전자의 전하를 바꿔넣어도 전하의 크기가 변하지 않는 한 그 관계는 달라지지 않는다. 이와 같이 전하를 교환해 입자를 반입자로 바꾸는 조작(하전공액변환, C변환)을 해도 변하지 않는 성질을 ‘C 대칭성’이라고 부른다.

  반면 P는 ‘패리티변환(우기변환)’에 의한 대칭성, 즉 ‘P대칭성’을 의미한다. 이는 앞에서 예로 들었던 물리현상을 거울에 비춰 뒤집어보아도 그 성질이 변하지 않는 대칭성, 즉 공간반전의 대칭성이다. 이와 관련해 패리티Parity라는 말은 다양한 분야에서 이용되는데, 모두 동등.등가.균일 등의 의미를 포함하고 있다.” (P40)

중력과 전자기력에 대해서는 (거시적 영역에서는) CP 대칭성이 예외가 없는 공리로 인식되었으나, 약력과 핵력의 존재를 알고부터 (미시적인 원자와 소립자 영역) 의문이 제기 되었다.

고바야지 & 마스카와가 1972년에 제출

-       <<CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction>>

-       우주의 물질을 구성하는 기본적인 구성요소는 여섯 종류의 쿼크와 경입자라는 사실, 새로운 쿼크가 지닌 양자수에 의해 우주의 대칭성에 본진적으로 파괴가 일어난다는 사실이 밝혀졌다. (P52)

CH3 거대 자기저항 발견이 초래한 기술 혁신

요약: 페르와 그륀베르크는 (2007년 노벨상수상자) 개별적인 방법으로 거대자기저항(GMR, Giant Magneto Resistance)를 개발하게 되었다. 그들의 기술은 데이터 저장과 관련이 있는데 HDD의 AMR 판독헤드를 GMR 판독헤드로 바꾸면서 용량의 크기를 대폭 늘릴 수 있게 되었다.

CH4 초저온과 초유동의 양자역학적 세계

요약: 물이든 금속이든, 모든 물질에는 점성(흐름에 저항하는 성질, 점착력)이 존재한다. 점성이 전혀 없는(제로인) 상태를 ‘초유동superfluidity’이라고 하는데, 이런 특별한 성질은 그때까지 헬륨 4에만 존재하는 것으로 알려져 있었다.

초유동 헬륨4는 아무리 작은 틈이라도 빠져나갈 수 있다. 약한 불로 구운 컵에는 육안으로는 보이지 않는 미소한 구멍이 무수히 나 있는데, 물이나 맥주 같은 액체를 넣어도 새지 않는 것은 이들 액체에도 점성이 있기 때문이다. 그러나 초유동 헬륨4를 컵에 넣으면 마치 소쿠리에 물을 담은 것처럼 무수한 구멍을 지나 바깥으로 흘러나온다. 또한 비커에 초유동 헬륨4를 넣으면 얇은 막이 되어 비커의 안쪽 면을 따라 올라가 바깥쪽으로 넘친다.

헬륨4가 초유동 성질을 나타내는 것은 그 원자가 보스입자이기 때문이다. 보스입자는 여러 개가 하나의 양자상태(quantum)를 공유할 수 있다. 그리고 극저온이 되면 모든 입자가 최저에너지 상태로 변한다. 이때 헬륨4는 수많은 입자가 동일한 보조로 움직이면서 마치 하나의 입자처럼 행동한다.(초유동은 보스-아인슈타인 응축의 한 형태다.)

반면 헬륨3은 페르미입자이며, 하나의 양자상태로 변하는 입자는 언제나 한 개다. 때문에 당초 헬륨 3에는 초유동 성질이 존재하지 않는다고 여겨졌다.

그런데 1957년 BCS이론(초전도 구조에 관한 이론)이 등장하자 그런 인식이 바뀌었다. BCS이론은 페르미입자인 전자가 두 개로 쌍(쿠퍼쌍)을 만들고, 그것이 보스입자로 움직임으로써 전류가 금속 내부를 전혀 저항을 받지 않고 흐르는 초전도상태가 발생한다고 주장했다. 말하자면, 전자의 초유동성이었다.” (P92)

“헬륨3 쌍은 전자의 쿠퍼쌍과는 다르며, 관찰하는 방향에 따라 성질이 다른데, 그런 현상은 원자의 궤도와 스핀의 대칭성 파괴에 의해 발생한다는 것이었다.” (P93)

CH5 중성미자천문학 탄생을 향한 거대한 전진

요약: “SN1987A는 단지 초신성이 인간에 의해 오랜만에 관측되었다는 데에만 의미가 있지 않았다. 그 후 천문학자들은 중성미자천문학이라는 전혀 새로운 과학영역에 발을 내디디게 되었다. 즉, 1987년 2월 23일 오전 7시 35분 광학망원경에 의해 그 초신성이 관측되기 세 시간 전에 초신성이 폭발하면서 방출된 중성미자 소나기가 지구를 관통해 미국과 소련 등에서 중성미자 몇 개가 관측된 것이다.

중성미자는 전하를 지니지 않고 질량도 제로라고 추측할 만큼 작으며, 그래서 다른 물질과 거의 상호작용을 일으키지 않는다. 하지만 양성자 및 중성자에 10^-15센티미터 이하 되는 거리까지 접근했을 때에는 양성자와 중성미자 사이에 ‘약한 상호작용’이 이루어진다. 약한 힘만 작용하는 중성미자는 우주공간에서 별 및 혹성 등의 거대한 물질과 충돌해도 전혀 저항을 받지 않고 유령처럼 빠져나간다.” (P103~P104)

태양에서 핵융합반응으로 꾸준히 중성미자를 방출한다. 1초마다 1제곱센티미터당 660억개의 밀도로 방출한다. 고시바 마사토시는 미국의 데이비스 2세, 지아코니와 함께 우주에서 날아온 중성미자와 X선을 처음으로 관측한 공로로 2002년 노벨 물리학상을 받았다. 그는 중성미자 천문학을 창시한 일본의 천체물리학자이다.

“중성미자는 질량이 제로가 아니며, 매우 작지만 질량을 지니고 있다는 것, 그리고 중성미자의 기본단위가 복합입자임이 밝혀졌다. 이런 연구 성과는 모두 고시바가 주도하는 연구팀이 가미오칸데와 슈퍼가미오칸데를 이용해 성취한 것이었다.” (P118)

CH6 차갑게 더욱 차갑게, 한없이 차갑게 극저온 연구의 전망

요약: 2001년 두 명의 미국 물리학자 에릭 코넬(Eric Cornell)과 칼 위먼(Carl Wieman) 그리고 독일인 물리학자 볼프강 케테를레(Wolfgang Ketterle)가 ‘알카리원소 희석 기체에서 보스-아인슈타인 응축(BEC, Bose-Einstein Condensation) 실현 및 응집체 성질에 대한 기초연구’로 노벨상을 수상하였다. (P121)

CH7 집적회로 발명이 이끈 21세기의 기술

요약: “노벨 위원회는 2000년도 노벨 물리학상 수상자로 ‘기초과학과 응용 기술의 관련성’이라는 관점에서 기술개발에 가장 공헌한 연구자 세 사람을 선정했다. 미국인 물리학자 잭 킬리(Jack St. Clair Kilby), 러시아인 물리학자 조레스 알페로프(Zhores Alferov), 독일계 미국인 물리학자 허버트 크뢰머(Herbert Kroemer). 킬비는 집적회로 발명을 인정받아 상금의 절반을 받았고, 나머지 두 사람은 반도체 헤테로구조 개발을 인정받아 각각 4분의 1을 받았다.” (P168)

“양자물리학이 대두한 1920년대는 ‘이론물리학의황금시대’였으며, 1950 ~ 1960년대는 고체물리학의 성과를 통해 반도체 시대를 열게 되는 ‘응용물리학과 응용공학의 전성기’였다. (P168~P169)

CH8 고온초전도의 미래에 대한 약속

요약: “저온물리학은 순식간에 물리학 연구에서 중요성을 띠게 되었다. 물질의 성질은 우리가 알고 있는 상온 및 고온에서와는 달리 매우 낮은 온도에서 전혀 이질적으로 변화한다는 사실이 규명되었기 때문이다.” (P194) ‘세라믹 초전도체 발견을 이끈 중요한 약진’(P210)

저온물리학 발전사

1.     시작: “카메를링 오너스는 수은의 순도가 매우 높은 전선을 이용해 점차 온도를 낮추면서 수은의 저항 변화를 측정했다. 절대온도 4.2K에서 갑자기 전기저항이 사라졌다.” (P195~196)

2.     독일의 물리학자 발터 마이스너(Walter Meissner)와 로베르트 옥센펠트(Robert Ochsenfeld)가 초전도체에서 전자유도가 발견하지 않는다는 것을 발견했다. 이를 마이스너 효과라고 한다.

3.     이후 몇 십년 동안 초전도성 금속과 합금, 그리고 화합물을 발견.

1)     1941 16K(영하 257℃) – 질화나이오븀(NbNi)

2)     1953 17.5K – 바나듐실리콘(Vanadium-Silicon alloy)

3)     “1962년이 되자 미국 웨스팅하우스의 물리학자와 기술자가 실용성이 있는 최초의 초전도전선으로 나이오븀과 티타늄 합금(니오브-티타늄합금)을 개발했다.

4.     “1986년 초 두 사람은 마침내 혁신적인 물질을 발견했다. 그들은 화학적으로 안정된 세라믹스를 만들기 위해 란탄-구리 산화물에 바륨을 첨가했다. 이 바륨-란탄-구리 산화물은 당시 초 전도현상을 일으킬 수 있는 임계온도로 알려져 있던 온도보다 12K나 웃도는 35K(영하 238℃)에서 초전도상태를 실현했다. 역사상 최초로 ‘고온’ 초전도체를 발견한 것이다.”(P208)

5.     “폴 추가 경이적인 93K(영하 180℃)에서 초전도상태를 실현”(P209)

고온초전도에 대한 이론이 존재하지 않는다. 뮐러와 베드노르츠가 발견한 세라믹이 나타내는 고온초전도현상에 관한 메커니즘도 아직 이해되지 않고 있다. (P211)

CH9 워크보손을 발견한 ‘거대과학’ 연구자

카를로 루비아(Carlo Rubbia) – ‘약한 상호작용을 매개하는 W입자와 Z입자를 발견한 실험프로젝트에서의 결정적인 공헌’

SPS(Super Proton Synchrotron 슈퍼 양성자싱크로트론) 양성자 가속기를 양성자-반양성자 충돌 가속기로 바꾸는 것을 이끌어 워크보손을 찾았다.

CH10 스타더스트, 무거운 원소는 어떻게 생성되는가?

1983 윌리엄 파울러(Willia Alfred Fowler) –‘우주에서의 화학원소 생성과 핵반응의 중요성에 관한 이론적 및 실험적 연구’

B²FH: Margaret Burbide, Geoffrey Burbide, Willia Fowler, Fred Hoyle

“빅뱅 초기 생성된 원소 대부분은 우주 가시물질이 99퍼센트 이상을 점하는 수소와 헬륨이었으며, 소량의 리튬 동위체였다.” (P249) 호일은 주기율표의 철까지는 별 내부에서 생성된다는 것을 발표했다. “베테, 호일, 가모프 등의 과학자들은 원소가 어떻게 생성되는지에 대한 의문에 이론적으로 대처했지만, 켈로그연구소의 연구원들은 실험을 통해 그 의문을 규명하는데 기여했다.”(P251)

CH11 백색왜성과 블랙홀을 둘러싼 인도인 물리학자의 투쟁

“찬드라는 백색왜성에 ‘임계질량,’ 즉 백색왜성이 스스로의 중력을 견디지 못하게 되는 질량의 한계가 있음을 발견했다. 별이 임계상태에 이르면 축퇴압 때문에 스스로 중력을 지탱하지 못하게 되어 ‘중력붕괴’를 일으킨다. 임계질량은 태양의 질량보다 약 1.4배 큰 것으로 계산되었는데, 이는 나중에 ‘찬드라세카르 한계’라고 명명되었다.” (P257/279)

[인상깊은 문구]상대성 이론과 아인슈타인 이야기

<<상대성 이론과 아인슈타인 이야기>>

황원삼, 임정권 공저

펴낸곳: 도서출판 일진사

2008년 1월 10일 인쇄

2008년 1월 15일 발행

CH1 과 에너지 기술

-          광압  +  →  

Ø  광압: 레베데프(Lebedev, Sergei Vasilievich, 1874.07.25 ~ 1934.05.02, 러시아 화학자)

-       에너지 변화효율 ‘ε’

핵분역, 핵융합, 태양에너지, 양자 블랙홀 에너지, 소립자 소멸에너지

CH2 빛의 본성과 레이저 기술

일반 광: 통일된 규칙이 없어서 복사한 광자는 앞뒤가 다르며 파장도 부동하고 전파 방향이 일치하지 않아 사면팔방으로 비친다. 물리학에서는 자발 복사에 의해 생성한 빛을 비간섭 광이라 한다. (P43)

레이저: 충격 복사에서 생성된 광자는 주파수, 진동수, 방향과 전파 방향이 유발광자와 모두 같다.

레이저의 장점: 방향성, 밝음, 단색성, 간섭성

레이저 기계 = 레이저 작동 물질 + 광학공진강 + 충격원

CH3 상대성 이론과 과학혁명

고전 물리학 = 뉴턴역학 + 전자기 이론

‘마이컬슨-몰리,’ ‘흑체복사,’ ‘광전효과’를 고전 물리학으로 설명할 수 없었다.

현대적 의미에서 보았을 때 고전 물리학은 틀린 것 이 아니라 ‘어떤 한계 내에서’ 유용한 근사치(P64)

특수 상대성 이론

1.     광속불변 -> 광속이 새로운 절대적 개념 -> 에테르 필요성 제거

2.     상대성 원리 -> 물리법칙의 절대성

è  특수 상대성 이론은 모든 것이 상대적이라는 것을 말하기 보다 오히려 이 이론은 절대적인 것을 올바로 다루는 법을 이야기하고 있다. (P66)

è  고전 물리학의 기본이 되는 절대 시간과 절대 공간 무시

1905년에 발표한 아인슈타인의 ‘특수 상대성 이론’은 등속으로 움직이는 관성 좌표계에만 적용되기 때문에 ‘특수’라는 한정된 단어가 붙지만, 1916년 아인슈타인은 관성 좌표뿐만 아니라 가속 운동을 하는 비관성 좌표계에도 상대성 이론을 적용시켜 ‘일반 상대성 이론’을 제거 하였다.

일반 상대성 이론

1.     만유인력의 법칙 -> 중력질량 = 관성질량

2.     임의의 두 좌표계에서 물리학의 가장 기본적인 법칙은 동일한 수식형태로 기술된다.

아인슈타인의 증거

1.     수성 궤도가 태양에 가까울 때 생기는 진동 현상

2.     빛이 중력장에서 옆으로 휘어져 광선은 굴곡되고 직선은 아니라는 것

3.     빛의 스펙트럼 선이 인력에 의해 붉은 쪽으로 움직인다는 것

CH4 상대성 이론과 우주공학

제 1 우주속도 7.9km/s – 지구 인력에서 벗어나기 위한 최저 속도

제 2 우주속도 11.2km/s – 지구 중력장 범위를 벗어남

나중에 다시 읽어 보자:

“소립자 물리학에 속하는 ‘게이지 이론(gauge theory)’에 의하면 물질의 질량은 과거 우주에서 일어난 상전이 시기 힉스 입자가 각종 소립자에게 삼켜질 때 생긴 것이라 한다. 때문에 질량을 소멸하려면 우주 역사의 초기 힉스 기구 작동 전의 상태를 그 어떤 형태로 재현시켜야 한다. 그러나 또 다른 방법으로 현재의 우주에 자연적으로 존재해도 이상하지 않은 ‘마이너스 질량’ 이 존재한다면, 즉, 질량의 차원에서 부호가 ‘-‘인 물질로 생각하는 마이너스 질량에 의해 플러스 질량을 소멸하는 방안도 생각해 볼 수 있다.

  질량의 기원에 관해 현대적으로 접근한 연구는 실질적으로 1954년 중국계인 미국의 양전닝(Yang Zhenning, 1922~) 교수 등에 의해 ‘일반 게이지 이론’이 발표되면서 시작되었다. 게이지 이론이란 소립자들의 상호작용 중 반응 전.후 계통의 양자수(전하, 바리온(baryon)수, 스핀(Spin) 등)가 변하지 않는다는 ‘게이지 대칭성’을 보존하는 상황에서의 상호작용을 서술한 이론이다. 이 이론의 원형은 1920년 독일의 한 과학자에 의해 제기되었으나 양전닝 등에 의해 소립자 상호 작용의 일반에까지 확장된 이론이다.

  이 게이지 이론에서는 소립자 사이에 교한되는 게이지 입자(게이지 장을 양자화한 것)가 질량을 가져서는 안 된다고 했다. 그것은 전자 상호 작용에 있어서 전자기 마당을 매체로 하는 광자인 것이다. 그러나 원자핵 내부의 극히 짧은 거리에서만 작용하는 ‘약 상호작용’을 매체로 힉스 입자는 양자(프로톤)의 100배에 비슷한 질량을 가진다.

  이 문제에 대해 일부 학자들은 ‘힉스 장(Higgs field)’이라 부르는 진공의 새로운 마당을 도입해 ‘고 에너지의 진공 대칭성이 자발적으로 파괴되어 새로운 구조(상호작용의 형태와 새로운 입자)가 생겨날 때 양자화 된 힉스 입자가 게이지 입자에 삼켜져 질량을 가진다.’ 라는 아이디어를 제창했다. 이 메커니즘을 현재 ‘힉스 기구(Higgs mechanism)’라 부른다.

  실제 우주의 과거 역사에 관해 때때로 상전이가 생겨서 새로운 구조가 생겨나는 때에 힉스 시구가 작동해 새로운 소립자에 질량 에너지를 준다고 보는 것이 지금의 기본 인식이다.” (P96~97)

CH5 현대 우주론 (설)

뉴턴 우주관 → 올버스의 패러독스, 인력현상 설명 필요

스펙트럼 선의 적색편이 -> 우주 팽창 -> 빅뱅

CH6 양자론과 아인슈타인

흑체는 원소에서 나오는 선 스펙트럼과는 전혀 다른 연속 스펙트럼을 방사한다. (P125)라는 사실사부터 입자설이 시작되었고 플랑크에 의해 문제가 해결되었다.

1900년 12월 14일 양자론 탄생

양자역학 창립과정

1.     보어 – 하이젠베르크

2.     아인슈타인 – 드브로이 – 슈뢰딩거

1965년 미국의 벨이 제출한 벨의 부등식은 양자역학의 정역성이 파괴됨을 증명하였고 이런 양자역학의 정역성 파괴는 양자역학과 상대성이론 사이의 충돌을 나타내고 있다.

CH7 통일장 이론과 미래과학

1922년 아인슈타인은 처음으로 통일장 이론에 관한 논문을 쓴 후 33년이란 긴 시간 줄 곧 이 연구를 진행하였다. (P135) 그리고 현재 알려진 초끈이론은 현재 존재하는 4가지의 힘을 합칠 수 있는 대안이다.

인상 깊은 문구:

1.     아인슈타인은 일반상대성 이론을 발표한 20년 후 어느 날 다음과 같은 이야기를 하였다. “내가 특수 상대성이론을 발견하지 않았어도 그 어느 땐가 반드시 다른 사람이 발견할 것이다. 그러나 일반상대성 이론은 그렇지 않다.”

2.     아인슈타인 좌우명: ‘진리에 대한 추구는 진리를 점유하는 것보다 더 고귀하다.’

3.     물리학자들은 오직 속도가 빛보다 매우 작은 현상을 분석할 때 양자역학이 유효하다는 것을 발견하였고 특수 상대성이론을 결합할 때 양자역학은 벽에 부딪혔다.

CH8 긴 역경속의 아인슈타인

호기심이 많은 아인슈타인 / 유치하더라도 과학 논문을 쓴 용기 /

아인슈타인은 대학 4년의 생활을 자기의 자서전에서 아래와 같이 썼다. "1896 ~ 1900년간 취리히 연방공과대학교의 사범학과에서 공부하였다. 나는 내가 중간 정도 성적의 학생이 되면 만족하다는 것을 발견하였다. 우수 학생이 되려면 반드시 학습내용을 쉽게 이해하는 능력을 가져야 하고, 아무런 불평도 없이 선생님이 가르쳐 준 내용을 외워야 하며, 질서를 지키고 강의를 제때에 필기하며 제때에 숙제를 해야 한다. 나는 이런 규칙적인 생활에 잘 적응이 안되는 것을 발견하였다. 나는 교수들에게는 미안했지만 자유로운 생확을 하며 나 스스로 나의 학구열과 흥미에 맞는 공부를 하였다."

CH9 위대한 평화전사

미국의 핵 개발: 페르미 -> 미국 해군부 (독일 핵) -> 이해 못함 -> 질라트(Szilard)가 아인슈타인에게 말함 -> 아인슈타인이 루즈벨트 대통령에게 말함 -> 맨하탄 계획

명예, 돈을 추구하지 않고 오로지 학구적 연구만을 자유로운 연구환경만을 찾았던 아인슈타인

CH10 뉴턴과 아인슈타인

공통점

1.     연구분야는 물리학, 이론연구

2.     연구는 맥을 이었고 광학으로 명성을 얻음 (뉴턴 = 반사 망원경)

3.     수학을 응용한 이론상의 연구

4.     우주관 확립에 획기적인 공헌

5.     과학연구에서의 연구태도는 꾸준한 노력과 끝없는 집착

6.     실사구시한 학풍과 겸손한 태도

오직 진리 탐구를 자기의 일생 목표

차이점

1.     뉴턴 존재 현실, 아인슈타인 생각지도 못한 현실 (미래 지향적)

2.     뉴턴과 아인슈타인의 후반 인생