추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
반입자를 예언한 물리학자 디랙 _체임벌린 박사 깜짝 인터뷰
첫 번째 만남 | 미적분의 역사
미분과 적분의 발견 _뉴턴과 라이프니츠
역삼각함수 _삼각함수의 역함수
뉴턴의 일반화된 이항정리 _n이 자연수가 아닌 경우
삼각함수의 무한급수 표현 _다른 꼴로 나타내기
오일러 공식 _오일러 수로부터
뉴턴의 미분방정식 _함수의 미분을 포함하는 방정식
편미분 _변수가 둘 이상인 함수에 대해서
두 번째 만남 | 3차원에서의 역학
3차원에서 뉴턴 역학 _3차원 공간으로의 확장
라플라스 _나폴레옹 시대의 위대한 수학자
세 번째 만남 | 제이만 효과
양자론의 탄생 _불연속적인 에너지를 갖는 기묘한 입자
제이만 효과의 발견 _수소의 새로운 선스펙트럼
슈타르크 효과 _수소에 전기장을 걸어주면
새로운 양자수 등장 _제이만 효과의 이론적 설명
양자역학의 탄생 _양자를 묘사하는 물리학
보른의 확률 해석 _물리적인 연산자와 파동함수
구좌표계 _3차원 공간을 다르게 나타내기
각운동량 연산자 _각운동량의 변화
수소 문제 _수소 원자핵 속으로
세 개의 양자수로 묘사되는 전자 _궤도함수
자기장 속에서의 슈뢰딩거 방정식 _자기력을 받는 전자의 운동
네 번째 만남 | 스핀의 탄생
제4의 양자수 등장 _비정상 제이만 효과를 설명하는 물리 모델
제4의 양자수 발견 _슈테른과 게를라흐의 실험
파울리의 배타원리 _하나의 상태에 있을 수 없다
행렬의 발견 _수를 직사각형 모양으로 배열하다
파울리의 논문 속으로 _스핀을 양자역학에 도입하다
다섯 번째 만남 | 디랙 방정식과 반입자의 발견
클라인과 고든의 시도 _전자의 운동에 특수상대성이론을 적용하면 어떻게 될까?
디랙의 등장 _슈뢰딩거 방정식과 특수상대성이론의 결합
디랙의 노새 입자 _힘이 작용한 방향으로 속도가 줄어든다
디랙의 논문 속으로 _새로운 방정식
디랙의 구멍이론 _디랙의 바다에 생긴 구멍
양전자의 발견 _디랙
★ 전국 과학교사모임 추천 ★ 일대일 친절한 과학 수업
★ 이공계 진학 예정자 필독서 ★ 노벨상 수상 논문 영문본 수록
천재 물리학자의 상상에서 출발해
현대물리학의 저변을 넓힌 위대한 연구를 엿보자!
디랙은 양자역학과 특수상대성이론의 연결고리가 된 디랙 방정식을 만들었다. 그 결과 양의 에너지를 가진 입자에 대응하는 음의 에너지의 입자가 반드시 존재한다는 것을 알아냈다. 이 음의 에너지를 가진 입자가 바로 반입자이다. 반입자는 기존 입자와 운동 방식이 정반대인 입자를 말한다. 기존 입자에 힘을 작용하면 힘이 작용한 방향으로 속도가 빨라지지만, 반입자에 힘을 작용하면 힘이 작용한 방향으로 속도가 느려진다.
말보다 조금 작은 노새라는 동물이 있다. 몸이 튼튼하고 힘이 세어 무거운 짐을 나르는 데 쓰인다. 노새는 본래 유순한 동물이지만 불만이 있으면 주인이 앞으로 가자고 끌어도 뒷걸음친다. 디랙은 음의 에너지를 가진 전자가 노새처럼 운동 방향으로 에너지를 주어도 오히려 속도가 작아지는 행동을 보이기 때문에 ‘노새 전자’라고 이름을 붙였다.
훗날 앤더슨이 이 노새 전자, 즉 전자의 반입자를 발견하여 그 이름을 양전자라고 부르게 되었다. 체임벌린과 세그레는 양성자에 대해 질량과 전하량의 크기는 같고 부호가 반대인 반양성자를 발견한다. 차례로 반중성자, 반수소, 반헬륨 등이 발견되었고 과학자들은 현재도 더 많은 반물질을 찾고 있다.
《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 반입자》는 디랙 방정식과 그 결과로 반입자의 존재를 예언한 디랙의 1928년 논문을 중심 주제로 이야기를 풀어간다.
노새 입자, 디랙의 바다와 구멍이론, 양전자 발견...
흥미진진한 새로운 입자 발견 과정
PET 검사라는 단어를 들어본 적이 있을 것이다. 큰 병원에서 주변 사람이 검사를 받기도 하고 요새 텔레비전 등에서도 종종 나오곤 한다. 여기서 PET는 Positron Emission Tomography의 약자로 우리말로는 ‘양전자 방출 단층촬영’이라고 한다
