초이론을 찾아서를 읽고 초이론을 찾아서를 읽고…

초이론을 찾아서를 읽고…
저자 : 파커 배리
출판사 : 전파과학사
초이론란 무엇인가..
드브로이, 보어, 슈뢰딩거 등 파동에 관한한 내가 아는 많은 사람들이 주인공이 되어 주었다. 이 책도 일반적인 교양서처럼 여러 가지의 에피소드들이 나와있다. 차례대로 보던 중 두가지가 내 마음에 들었다.
여러 가지 실험들로 드 브로이는 물리학 박사학위 과정동안 보어원자와 빛의 파동-입자 이중성사이에 관련이 있다고 확신하게 되었다. 만일 광자가 때로는 파동으로 때로는 입자로 행동할 수 있다면, 전자는 왜 안될까? 그는 그렇게 생각한 모양이다. 그는 아인슈타인의 초기 연구를 이용해 그러한 파동의 파장에 대한 관계를 이끌어냈다. 그리고 그것을 이용해 보어의 양자조건을 설명했다. 그의 연구를 이해하려면 이제 내가 잘 아는 파동성질 일부를 알아야 한다. 그들이 관심 있는 것은 특히 정상파였다. 문손잡이에 밧…(생략)

결정했다. 놀랍게도 아인슈타인은 단번에 그 결과에 매료되었다. 그 다음해에 미국의 데이비슨은 그 아이디어가 옳다는 것을 실험적으로 입증했다. 그 논문이 통과된 것은 두말 할 나위도 없거니와 결국 물리학에서 가장 중요한 학위논문 중의 하나가 되었다. 박사학위 논문으로 노벨상을 수상한 것은 이것이 유일한 사례이다. 역사란 놀라울 따름이다.
다음의 흥미로운 이야기는 바로 `슈뢰딩거 방정식`이다. 이 방정식은 내가 화학시간에도, 물리시간에도 배운 유명한 것이다. 1920년대 초에도 오늘날처럼 많은 이론적 연구가 소수의 사람들만이 참석하는 콜로키엄을 중심으로 이루어졌다. 아이디어들을 주거니 받거니 하며 불꽃튀는 논쟁이 벌어졌다. 스위스의 취리히와 독일의 괴팅겐 두 곳 모두에서 그러한 형태의 콜로키엄들이 열렸다. 원자의 양자론인 양자역학은 대체로 이 두 도시에서의 토론을 통해 형성되었다.
괴팅겐은 그렇게 중요한 아이디어들이 전혀 탄생할 것 같지 않은 장소였다고 한다. 더 큰 대학들이 있기는 했지만, 1920년대에는 물리학으로 세상에 알려진 대학은 하나도 없었다. 물론 양자역학의 핵심인 방정식 발견이라는 가장 중요한 사건은 괴팅겐이 아닌 취리히에서 발생했다. 취리히에는 스위스 연방 과학기술연구소와 취리히 대학교라는 두 개의 연구소가 있었다. 그러나 두 연구소 모두 물리학자들이 너무 적었으므로 더 나은 콜로키엄을 위해 공동개최를 결정했다. 두 연구소의 교수진이 모두 참석해서 강연을 했으며 콜로키엄의 진핸은 피터 데비가 맡았다.
한 번은 콜로키엄이 날 즈음 다음 강연을 누구에게 맡길 것인지 찾기 위해
데비가 주위를 둘러보았다. 드브로이의 놀라운 발견 소식이 알려지기는 했지만, 참석한 사람들 대부분이 상세히 알고 있지는 못했다. 데비의 눈이 마침내 취리히 대학교 교수인 에르빈 슈뢰딩어에서 멈췄다. "슈뢰딩어씨, 지금 별로 중요한 일을 하고 계시지 않은 것 같은데, 드브로이의 연구에 대해 말씀해 주시지 않겠습니까?" 그러자 슈뢰딩어는 그렇게 하겠다는 표시로 고개를 끄떡여 보였다.
그 다음 콜로키엄에서 슈뢰딩어는 드브로이의 정상파와 또 그것이 어떻게 보어의 궤도를 설명하는지를 기술함으로써 드브로이의 연구의 전말을 명확히 밝혀주었다. 그가 강연을 마치자 데비가 일어나 이렇게 말했다. "슈뢰딩어씨, 파동에 관해 말씀하시는데 파동방정식이 하나도 없다니 우습군요." 겉으로 보기에는 중요하지 않은 의견일지도 모르나, 그 말로 인해 슈뢰딩어는 그러한 방정식이 어떻게 말 들어질 수 있는지 곰곰이 생각하기 시작했다. 그리고 몇 주 후 그 주제에 관한 두번째 강연을 하게 되자 그는 이렇게 시작했다. "데비 교수께서 파동방정식이 있어야만 한다고 지적하셨죠. 제가 하나를 찾았습니다." 슈뢰딩어가 중요한 발견을 했음은 물론이었다. 그는 다른 사람들이 시류에 편승해서 자신의 새로운 방법을 이용하리라는 것을 알았으므로 그 이론의 중요한 응용들 대부분을 재빨리 풀어냈다. 논문들이 잇달아 슈뢰딩어의 이름을 달고 나왔다. 사실 그의 논문 시리즈는 한 권의 책으로 묶어져 결국 오늘날에도 양자역학의 입문서로 사용되고 있다. 난 이 책 중에 이 부분을 보면서 가치를 느꼈다. 바로 `기회가 올 때 잡는 자가 성공한다`