디랙이 양자장론으로 가는 문을 열었을 1927년까지 알려졌던 힘들은, 거시적으로도 알아왔던 중력 전자기력의 두 종류였습니다. 아직 다른 두 힘은 발견하지 못한 상태였죠. 강한 상호작용은 힘이 세지만 원자보다 몇 만 배나 작은 원자핵에서나 느낄 수 있고, 약한 상호작용은 그렇게 작은 원자핵보다도 천 배나 더 작은 영역에서만 느낄 수 있기 때문에 당연해...
원자핵을 발견하면서부터 전기적 반발력을 이기고 원자핵을 안정되게 결합시키는 힘이 새로운 종류일 것이라는 짐작은 했으나 실체를 알지는 못했었다. 유가와가 핵력을 설명하기 위하여 중간자를 예견했고 발견되면서 새로운 힘을 이해한 것 같았으나, 핵력은 강한 상호작용이 스며져 나온 것이며 기본적인 힘이 아니었다.
강한 상호작용은 쿼크들 사이에 3 종의 새로운 전하들 사이에 작용하는 힘입니다. 3종류의...
앞에서 이야기했듯이 계의 특성은 라그랑지언(L)에 담겨 있으며, 라그랑지언의 구체적인 형태는 어느 계를 기술하고 있는지를 나타내는 것입니다. 빛과 전자의 상호작용을 다루는 QED 라그랑지언의 구체적 형태는 잘 알려져 있습니다. 빛과 상호작용하지 않고 자유로운 자유전자에 대한 라그랑지언은 물론 더욱 간단합니다. 자유전자의 라그랑지언에 최소작용의 원리를 적용하면, 자유전자의 운동방정식이 나오게 되겠죠. 자유 전자의 운동방정식으로...
빛(light)이라고 쓰기만 해도 밝아지는 느낌이 들 정도로 빛은 우리에게 친숙하고 세상을 드러내 줍니다. 빛이 없는 세상은 상상할 수 없지만, 여러분들이 빛이 없는 세상 가령, 모든 것이 전혀 보이지 않는 암흑 속에 여러분이 있다고 하더라도 빛은 존재합니다. 우리 시각이 느낄 수 있는 빛의 범위는 너무나 좁지만, 시각을 벗어나서도 여전히 존재하고...
미시적인 물질을 입자(particle)와 파동(wave)의 양자선택적 입장이 아니라 장(field)이라는 하나의 물리적 개념으로써 이해할 수 있습니다. 그러나 고전적인 개념의 장으로는 미시세계를 제대로 기술하고 나타낼 수 없어요. 장을 양자화해야 양자이론과 어울리며, 물론 장은 특수 상대성이론과도 어울려야 합니다. 현대물리학을 세운 두 기둥 위에 올라가야 하는 것이죠. 장을 양자화하여 세상을 이해하는 이론이 현대물리학의 기본을...
우리는 양자역학을 통하여, 실체를 해석하고 이해하는데 있어서 고전역학과 다른 관점이 필요하다는 것을 깨닫게 되었습니다. 물질을 입자로 해석해야 되는가? 혹은 파동으로 해석해야 하는가? 그것이 아니라 입자와 파동의 양쪽의 속성을 모두 갖는 입자-파동 이중성으로 보아야 하는가? 그런 이야기들에 대해서 좀 더 생각해보기로 해요.
양자역학에서 말하는 입자-파동의 이중성이, 양자역학이 기괴하다고 생각되는 이유들 중의...
138억년 전에 우주가 탄생하여 어떻게 현재의 우주를 만들게 되었는지를 꽤 정확하게 설명할 수 있고 태양계 끝자락으로 우주선을 보내고 있는 현대과학은 드디어 만물의 궁극에 도달했다고 믿고 있습니다. 이천육백 년 전에 탈레스가 먼저 물었던 “만물의 근원은 무엇인가”에 대하여 답변할 수 있게 된 것이죠. 탈레스의 궁금함은 단지 지상의 세계가 무엇으로 되어있는가에 대한...
강입자 속에 꽁꽁 숨어있던 쿼크는 어찌 된 일인지 단독으로는 발견되지 않았고, 입자동물원에 멋진 질서를 부여한 쿼크 이론은 보다 본질적인 배타원리와 충돌하고 있었습니다. 어느 쪽을 포기할 수도 없을 정도로 충돌하는 이론들은 현상들을 잘 설명하고 있어요. 당연히 자연에 문제가 있는 것은 아니죠. 사람이 한 것에서 뭔가 부족한 것이 있는 것입니다. 과학자들은...
SU(3) 군의 특성에 따라서 8개로 표현되는 8중항 외에 10개로 표현되는 10중항도 있는데, 겔만과 네만이 학회에서 만나는 1962년에는 10중항에서 한 가지 입자만 빼고 다 발견되었습니다. 겔만은 이론에서 빠진 마지막 중입자를 그리스어의 마지막 문자를 이용하여 오메가(Ω- )입자라고 불렀습니다. 오메가 입자는 이미 붕괴 형태와 질량도 계산되어 있었고, 겔만은 실험 물리학자 사미오스에게 오메가...
1950년대 중반부터 고성능의 입자가속기가 개발되어 운영되면서, 우주선에서 발견되었던 입자들도 실험실에서 만들어내고 더 자세히 관찰할 수 있게 되었습니다. 성능이 좋은 입자가속기는 자연의 깊숙한 비밀을 들여다 볼 수 있는 문으로써 첨단과학의 상징이 되었으며, 국력을 나타내는 상징이 될 정도로 세계 여러 나라에서 경쟁적으로 건설하고 활발하게 연구가 이루어졌습니다. 이렇게 왕성한 실험과 연구에 화답하듯이,...