과학도서 - 철학을 위한 물리학을 읽고 철학을 위한 물리학

추천 과학도서 중에서 내가 읽고 싶고 재미있을 거라 생각한 책을 하나 고른 뒤 서점에 내려갔는데 그 책이 서점에 없고 추천 목록 중에 ‘철학을 위한 물리학’이라는 책만 있었다. 그래서 나는 하는 수 없이 그 책을 들고 집에 돌아왔다. 책을 대충 살펴보니 쿼크나 글루온 등 교과서 같은 곳에서는 볼 수 없었지만 집에 있는 과학 학습 책을 통해 한번쯤은 봤던 단어들이 나와서 그 책에 관해 관심을 가지게 되었다.
이 책은 처음부분에는 과학에 관해 전체적인 내용과 중간에는 원자, 중성자, 전자 등등 조금 조그마하다고 부를 수 있는 것들에 대해 설명을 해 놓았고, 마지막 부분에는 우주에 관해 앞에 다루었던 것으로 얘기함으로써 점점 흥미를 불러주었다. 책 내용 중 많은 부분이 원자, 중성자, 전자 등과 같이 우리가 느끼기에 아주 작고, 어떻게 보면 어렵기도 한 부분에서 다루어 졌는데 이것들에 대해 알게 된 사실들을 몇 개 적어보려한다…(생략)

작용의 힘에 의해 세 입자로 변환하는 것이고, 그 힘은 전자기적 상호 작용보다 작다는 것을 알게 되어 약한 상호 작용이라 이름이 붙여졌다 한다.
그리고 모든 입자에는 반입자라는 것이 있다. 그것들은 보통 우리 주변에는 존재하지 않지만, 충분한 에너지의 큰 입자가 충돌하면 입자와 쌍이 되어 생성된다. 또 전자기 상호 작용에 의 해 전자?반전자(양전자)가 쌍으로 생성되는 경우도 있다.
그리고 이 책에 아주 자주 나오는 양자역학이라는 이론이 있는데, 양자 역학은 전자기 상호 작용으로부터의 유추로 구성된다. 전자기 상호 작용은 전하를 가진 입자 사이에 작용하는 힘을 말하는데, 그 힘은 광자라고 하는 것에 의해 매개된다. 광자란 빛을 구성하는 기본 입자로서, 눈에 보이에 한하지 않고 전파?적외선?자외선?엑스선?감마선 등 모든 것을 구성하고 있으며, 하나 하나의 광자가 지닌 에너지의 차이에 의해 다른 성질을 갖게 된다. 보통 강한 빛, 약한 빛이라는 것은 광자 수의 차이를 말하는 것으로 하나 하나의 광자의 에너지와는 관계가 없다고 할 수 있다. 그리고 이 양자역학에서는 <색>이라 하는 것이 있다. 색깔의 색과는 아무 관계가 없는 것이지만, 색처럼 생각하면 이해하기 쉬운 면이 있어서 그렇게 이름지어진 것이라 한다. 전하는 양과 음의 수로 나타내지만 이 색은 3원색, 즉 빨강?노랑?파랑으로 나타낸다. 그리고 쿼크에는 빨강?노랑?파랑의 3종류가 있다고 생각된다. 즉, u쿼크와 d쿼크에 각각 3종류가 있는 셈이다. 그리고 중입자는 3색의 쿼크가 모여 전체로서는 무색이 된 상태이다. 색깔의 3원색을 섞으면 검은색이 되는데, 이것은 그것과 비슷한거 같다.
그리고 입자를 가속시켜 충돌시키는 실험이 있는데, 이를 가속기 실험이라고 한다. 가속기의 구조는 입자원과 가속 입자가 달리는 가속관 및 전자석으로 되어있다. 이론이 발전해 가다보면 고에너지에서 입자의 충돌이 필요해 가속기도 점점 거대화되어지는데 거대한 가속기를 만드려면 막대한 자금이 소요되므로 한계점에 이르게 된다 한다.
그리고 이 책에 끝쪽에 다루고 있는 우주편. 먼저 우주 진화의 모습을 크게 8가지로 나눌 수 있는데 그 순서를 보면, 먼저 10-43초까지는 수수께끼로 아직 자세한 사항이 밝혀지지 않았고, 제 2기로는 10-43에서 10-33초까지는 에너지로부터 물질이 생성되었다. 제 3기는 우주가 조금씩 식어가면서 쿼크들이 냉각되고, 제 4기, 즉 10-6에서 10-3초까지는 양성자가 탄생이 된다. 10-3에서 100초까지는 제 5기라 볼 수 있는데 이 시기에는 뉴트리노들이 분리가 되고 같은 수의 중성자와 양성자를 갖게 된다. 또 전자와 양전자가 서로 상쇄한다. 하지만 우주 안에 있는 모든 양성자는 한 개의 전자와 만나며, 그 결과 총 전하는 0이 된다. 100초에서 30분까지는 제 6기로 헬륨이 탄생이 되고 제 7기인 30분에서 100만년까지는 원자가 형성되고 광자들이 분리가 된다. 마지막으로 우리가 살고 있는 시대인 제 8기는 100만년부터 200억 년까지는 물질들이 뭉쳐지고, 은하, 항성, 행성, 그리고 생명이 발전하는 시기이다. 이 8기 이후는 아직 우리는 알 수가 없다. 아인슈타인도 우주의 종말에 대해서는 기다려보라는 말 밖에 하지 못했다 한다.
이 책을 보면서 솔직히 어려운 말들이 많았었다. 이해를 하지 못한 부분도 상당히 많이 있었다. 하지만 책의 중반을 넘어서자 책에 대한 흥미를 더 가지게 되었고 이해하는 부분도 더 늘어나게 되었다. 이 책을 읽으며 신기했던 것은 우리가 지금 보지도 못하는 10-x정도의 것도 과학자들은 보며 연구했다는 것과 그 정도가 날이 갈수록 더 발전해간다는 것이었다. 또 우주에 관해서는 그 넓고 넓은 우주에 관한 수수께끼, 즉 우주의 팽창이나 수축 등에 관한 것들도 그 작은 물질의 종류나 질량 등이 밝혀짐으로써 알 수 있다는 것들이었다. 책을 보면서 알게 됐지만 아직 제대로 이해하지 못한 부분인 광자나 글루온 등에 관한 것들에 대해 좀더 알고 싶다.