현대과학의정수,원자.원자의존재를추적하는위대한모험이시작되었다!
원자란무엇인가?이물음에답하는단하나의과학만화책!‘알쓸신잡3’물리학자김상욱박사가감수하고강력하게추천한다.원자에대해궁금해하는모든독자들을위해,《그래비티익스프레스》,《게놈익스프레스》로중력과유전자를알기쉽게그려냈던대한민국유일무이과학만화가조진호가원자를다룬신작《아톰익스프레스》를선보인다.
양자역학의시대를열어젖힌원자의존재
현대과학의정수라할수있는원자,그기원으로거슬러오르다
오늘날물질이작디작은‘원자’로이루어져있다는사실에의심을품는사람은없다.과학교과서는원자의존재를무심하게,당연하다는듯이언급한다.하지만이당연한진실을아는과정은험난했다.물질이원자로이루어져있을거라는발상은2000년전에나왔지만,그것이사실로증명된지는100년정도밖에되지않았다.크기가1센티미터의1억분의1밖에안되는원자를인간의감각으로직접확인할길이없었기때문이다.그렇다면어떻게원자를확인할수있었을까?타고난눈으로는볼수없지만,갖가지과학적방법을통해인류는원자를볼수있는새로운눈을만들어냈다.원자를보는이론의눈을갖게되자,이어‘전자’를보는방법을발견했고,새로운양자역학의시대가열릴수있었던것이다.본격과학만화작가조진호가이번에는현대과학의‘진국’이라할수있는원자를찾아떠났다.조진호의놀라운과학여행‘익스프레스시리즈’의세번째열차,《아톰익스프레스》가새로운여정을시작한다.
철학에서시작하여화학,전자기학,물리학,열역학까지...
과학의모든분야를가로지르는원자이야기!
《아톰익스프레스》는‘존재한다는것은무엇인가?’라는철학적질문에서부터시작해,화학부터열역학에이르기까지다양한과학분야를넘나든다.과학에서원자의존재를확인하는것은그만큼중요하고도어려운과정이었다.주인공과플라톤,아리스토텔레스는원자가정말존재하는지를확인하기위한여행길에서라부아지에,돌턴,아보가드로,멘델레예프,패러데이,줄,클라우지우스,맥스웰,볼츠만등위대한과학자들을만난다.이들은과학에서가장이해하기어려운개념들,즉아보가드로가설,에너지,양자,엔트로피등을정공법으로돌파한다.생생한개성을뽐내는과학자들이얽힌흥미진진한사건과사고과정을따라가다보면,전에는이해할엄두조차못내던과학지식의맥을짚는쾌감을만끽하게된다.물리학자김상욱박사(경희대물리학과교수)와김범준박사(성균관대물리학과교수)가공동감수를맡아,학술적인엄밀함도놓치지않았다.
원자를설명하는이론을양자역학이라한다.이책에서양자역학까지다루지는않지만이책의종착지는양자역학의시작점이다.양자역학은전기의역사에서시작된다.원자에있어가장중요한힘이전자기력이기때문이다.원자들로이루어진화합물의전기분해를연구하던패러데이가전자기유도현상을발견한것은이때문이다.(…)원자를찾는이책의여정에전기가포함되어반갑다.(…)이책에서가장애정이가는곳은열역학에대한부분이다.카르노,줄,클라우지우스,볼츠만과같은이분야의대가들을통해어려운개념들을정공법으로다룬다.내가알기에국내에서열역학을이런정도의깊이로다룬만화책은없다.아니만화책은고사하고과학교양서에서도보기힘들다.왜냐하면열역학이너무어렵기때문이다.실제책을감수하는과정에서가장많은수정을했던부분도바로열역학이었다.독자들이어떻게평가할지는모르겠지만,열역학을책의주제로잡은작가의용기에찬사를보낸다.이공계학생들이읽어도도움이될정도다.
_김상욱,감수의글중에서
01변치않는그무엇:밀레투스에서시작된이야기
탈레스와헤라클레이토스를비롯한여러철학자들은만물의근원이무엇이며그것들이어떻게변화하고있느냐는주제를놓고토론을벌인다.이때파르메니데스는세상모든것에는본질적으로변화가있을수없다는파격적인주장을한다.왜변화가있을수없다는것일까?치열한철학적논쟁과함께원자로가는여행이시작된다.
02원자라는가설:웃는철학자와여행을시작하다
물질이원자로이루어진다는생각은그리스의철학자데모크리토스에게서시작된다.우리가감각할수있는물질이진짜라고여기지만진정한‘진짜’는볼수도없는원자라고말하는데모크리토스.이과감한생각을앞에두고과연원자가있는지없는지,금화한닢을걸고내기를하는플라톤과아리스토텔레스.그들은화학의세계로가는기차에올라탄다.
03가설은눈을멀게한다:라부아지에,플로지스톤을버리다
금을만들려한연금술사들의노력속에화학이태동한다.화학자들은물질을가지고이것저것해보는과정에서금보다찬란한것을발견하게되는데…당시화학자들은‘플로지스톤’라는가상의‘활기’개념으로물질의변화를설명하려하지만,앙투안라부아지에와그의부인마리안폴즈는플로지스톤을버리고‘질량보존의법칙’을무기삼아새로운길로전진한다.
04그러나가설은유용하다:아보가드로의분자이야기
원자가존재할지도모른다는생각을하는라부아지에.그러나실험적으로확인할수있는것만다루기로한그는판단을유보한다.한편돌턴과베르셀리우스는원자가존재한다고주장하며화학체계를세워나가는데,그들앞에아보가드로가나타나‘같은부피속에는같은수의입자가있다’는가설을제시한다.아보가드로의가설은처음에는무시당하지만,결국화학자들은이가설을받아들일수밖에없게되는데…연구가진척되자베르셀리우스는원자와전기사이에모종의관계가있다는생각을한다.
05무엇을근거로있다고할것인가:주기율표그위대한탄생
화학자들은물질의성질과원자량에대한지식을차곡차곡쌓아가고,그정보들속에어떤패턴이있음을깨닫기시작한다.그중에서도드미트리멘델레예프는물질들을주기율표로정리해내는위업을이룬다.원소를체계화한도표이며새로발견될원소들을추적하는데유용한지도,주기율표가완성되자원자의실체는보다확실하게다가온다.플라톤은멘델레예프를비롯한원자론자들의위업에감탄하지만,아리스토텔레스는아직그무엇도원자를증명하지못한다고하며다른길로떠난다.
06전기를따라가다:패러데이가다다른곳에무엇이있었나
원자의결합에전기가관련되어있다는생각을한아리스토텔레스는라부아지에와함께빛과전기의정체를추적하기시작한다.불세출의과학자마이클패러데이를만난그들은전기의성질을추적하는과정에서깜짝놀랄만한사실을알게되는데…원자에이어양자개념으로이어지는놀라운여정에제임스맥스웰이가세한다.
07원자를가리키는희미한단서:에너지와기체가만났을때
한편플라톤은새로운단서인‘열’을이해하기위한추적에나선다.라부아지에는‘열소’라는원소가있다고생각했지만,럼퍼드백작은열은일과관계가있을뿐이라는결론을내린다.니콜라카르노는아무리효율적인기관이라도열을일로완벽히전환할수없다는사실을알게되는데,이때제임스줄이등장해열은원소가아니라에너지라고말하며온도와기체가원자의정체를밝히는돌파구가될거라는단서를내놓는다.
08기체가원자를증명한다!:이론물리학자들이판을바꾸다
물리학자들이원자에관심을가지기시작한다.기체속무수한입자들사이에는반발력이있다고생각한보일,돌턴,뉴턴에이어다니엘베르누이는입자가공간속을운동하고있다는발상을한다.이발상이온도와원자를잇는연결고리가되고,루돌프클라우지우스와루트비히볼츠만은맥스웰과함께기체관계식을유도하는여정에나선다.이들앞에아보가드로가설이다시모습을드러내는데…
09원자의화신:볼츠만,엔트로피의길을따라원자로돌아오다
기체를연구하는과정에서열의비가역성에집중한클라우지우스는엔트로피라는물리량을창안한다.일어날법한일과일어나선안될일을설명하는새로운물리량,엔트로피.볼츠만은클라우지우스의엔트로피개념을응용하여S=klogW라는위대한방정식을도출한다.
10원자의해변에서:아보가드로수로향하는발걸음
세상모든것을원자로바라볼수있게된볼츠만.그러나에른스트마흐는그에게가설에의지한원자론은무의미하다고일갈하는데…볼츠만에게남은마지막관문이있었으니,원자하나의무게와크기를알수없다는것이었다.좌절한볼츠만은이관문을통과할수있을것인가.
11마침내원자를보았다:아인슈타인의전보
모든것을끝내려는볼츠만앞에나타난플라톤일행.원자를증명하려는이들의열정도볼츠만이부딪힌관문에가로막힐수밖에없는데…갑자기이들에게날아든한통의전보.“서둘러모이세요.아보가드로수발견.”도대체어떻게아보가드로수를찾아냈단말인가?아리스토텔레스와플라톤,여정을함께한모든과학자들이모인자리에장페랭과알베르트아인슈타인이도착하고,원자의오래된비밀이마침내모습을드러낸다.
|조진호의놀라운과학여행,익스프레스시리즈|
익스프레스시리즈목록(ISBN979-11-6220-987-507400)
익스프레스01그래비티익스프레스:중력의원리를파헤치는경이로운여정
익스프레스02게놈익스프레스:유전자의실체를벗기는가장지적인탐험
익스프레스03아톰익스프레스:원자의존재를추적하는위대한모험
