한 권으로 이해하는 원자·소립자·양자의 세계

사이토가쓰히로

1945년5월3일출생.1974년,도호쿠대학대학원이학연구과박사과정수료.현재는나고야공업대학명예교수로재직중이다.이학박사.전문분야는유기화학,물리화학,광화학,초분자화학.주요저서로는『한권으로이해하는독과약의과학』,『머릿속에쏙쏙!환경과학노트』,『머릿속에쏙쏙!화학노트』,『머릿속에쏙쏙!영양소노트』,『머릿속에쏙쏙!상대성이론노트』,『알아두면쓸모있는식품과학이야기』,『교양으로읽는원자력상식』등이있다.

시작하며

제1장소립자란어떤물질일까?
1-1세상의만물을구성하는것은무엇일까?
원자에서소립자로
1-2모든물질은소립자에다다른다
페르미입자
1-3소립자를한데모으는것역시소립자였다
힘을전달하는게이지입자
1-4세계의성립을설명하는표준모형이후의발견
중성미자진동
1-5전기적인성질이정반대인반입자의발견
쌍소멸과쌍생성
1-6표준모형의부족한부분을보충하는각종소립자론
대통일이론·초대칭성이론·초끈이론

제2장극소의세계로-양자론의새벽
2-1현대물리학의양대이론의탄생
상대성이론과양자론
2-2양자론에서말하는양자란무엇일까?
양자·양자화·양자수
2-3빛의정체는입자일까?파동일까?
안개상자·광전관실험
2-4물질은입자이기도하며파동이기도하다
물질파

제3장양자론적으로보는원자의구조
3-1원자구조는어떻게해명되어왔을까?
고대그리스부터20세기초까지
3-2방정식으로도출된원자모형
슈뢰딩거방정식
3-3원자의화학적실체는전자구름에있다
전자껍질과양자수
3-4전자의궤도는입체를이룬다
양자론의궤도
3-5전자구름은전자의존재확률의도식화
하이젠베르크의불확정성원리
3-6전자배치에는규칙이있다
파울리와훈트의원리
3-7무엇이원자의물성과반응성을지배할까?
최외각전자·원자가전자의역할

제4장양자론적으로보는분자의구조
4-1수소원자의궤도와수소분자의궤도
파동함수
4-2간단하게구해지는수소분자의결합에너지
궤도상관도
4-3같은원자로이루어진분자의결합에너지는?
동핵이원자분자
4-4혼성궤도는원자궤도의재편성
sp³혼성궤도
4-5몇중결합과σ결합·π결합의관계는?
시스-트랜스이성질체

제5장소립자를통해보는원자핵의구조
5-1원자의구조와원자핵의구조
전자구름·원자핵과양성자·중성자
5-2원자핵을어떻게표현할까?
원자번호·질량수·동위원소
5-3원자핵의구조는어디까지밝혀졌을까?
원자핵물리학의‘마법수’란
5-4원자핵의양성자와중성자를결합시키는결합에너지
방사성동위원소
5-5방사선에는어떠한것이있을까?
α선·γ선·중성자선·양자선의성질

제6장원자핵반응과우주를생성한에너지
6-1원자핵은어떻게다른원자핵으로변화할까?
원자핵반응·원자핵붕괴
6-2방대한에너지를낳는핵분열반응과핵융합반응
원자핵분열·원자핵융합
6-3원자의탄생과성장-우주의시작과항성의일생
항성·중성자별·초신성폭발
6-4원자핵반응을이용한원자력발전의원리
원자로의구성요소
6-5인간의손으로태양을만드는인공핵융합이라는꿈
핵융합로의개발

제7장지구와인간에우주방사선이끼치는영향
7-1우주방사선은우리의생활에뜻하지않은영향을끼친다
은하우주방사선과태양우주방사선
7-2대기밖·대기안의우주방사선을구성하는입자
1차우주방사선·2차우주방사선
7-3우주방사선과오로라는무슨관련이있을까?
태양풍으로부터지구를지키는자기권
7-4오로라의색깔과형태의차이는어디에서생겨날까?
색깔은에너지의차이
7-5인체·인간사회에미치는우주방사선의영향
전자파·오존홀

제8장어떻게현실세계에서양자론을활용할수있을까
8-1우주방사선을이용한비파괴검사와정밀검사
뮤입자투과법과산란법
8-2뮤입자로증명한상대성이론
극소는극대로통한다
8-3현대화학을이끌어낸양자화학의탄생
궤도대칭성의이론
8-4양자역학을이용한양자컴퓨터란?
양자컴퓨터의특기분야
8-52019년에밝혀진블랙홀의존재
블랙홀의종류
8-6초전도발생기구의해명과새로운초전도체의발견
임계온도의향상

참고문헌
찾아보기

만물은무엇으로이루어져있을까?
만물을구성하는궁극의극소물질‘소립자’!
원자·소립자의행동을설명하는‘양자’의세계
‘만물은무엇으로이루어져있는가’이물음에어떤그리스의철인은이렇게대답했다.‘만물은원자로이루어져있다.’이문답은이후2500년이상이나반복되어왔다.그리고지금은수십종류,수십개의소립자가서로결합해양성자나중성자,원자핵을구성하고그원자핵이결합해분자를이루며,다시수십종류,수십개의분자가한데모여만물을형성한다는사실이밝혀졌다.
하지만‘소립자가어떻게원자를구성하고,원자가어떻게분자를이루는가’에대한설명은좀처럼밝혀지지않았다.비로소원자의구조가밝혀지기시작한것은20세기초에접어든뒤의이야기다.이무렵에당시물리학의근간을뒤집은양대이론인‘상대성이론’과‘양자론’이등장했기때문이다.
‘상대성이론’과‘양자론’은연구대상으로삼는세계가전혀다르다.‘상대성이론’은‘우주,천체,미래’라는장대하며깊은세계,그리고그곳을종횡무진하는광자나로켓등무척이나빠른물체의움직임을대상으로삼고있다.반면에‘양자론’은‘분자,원자,원자핵,소립자라는무척이나미세한물체의움직임’을다룬다.하지만‘극대와극소는서로를끌어당긴다’라는매력적인명제는여기에도적용된듯하다.현재두이론은서로영향을주고받으며한층고도화된응용분야도감당해낼수있게끔성장을이어나가고있다.
양자론을다룬교과서나해설서는무척많다.하지만처음부터끝까지수식의나열로이루어져있거나반대로이게과학책인지동양철학책인지헷갈릴정도로철학적인분위기로치우친책들이종종보인다.이책은이해한내용이독자의머릿속에남게끔,일단구체적으로머릿속에떠오를법한내용을중심으로쓰였다.또이책에는해설을돕는그림이풍부하게삽입되어있다.이를훑어보기만하더라도이윽고본질을이해할수있게될것이다.