미스테리 끄새

youtu.be/2kcs52xGiLc ‘맨해튼 계획’ 팀은 1945년 7월, 핵폭탄을 만들기에 충분한 우라늄235와 플루토늄239를 정제하여 세 개의 원자폭탄이 완성되었다. 그들은 로스앨러모스(우라늄 농축 및 관련 연구는 테네시 주 오크리지 국립연구소에서 담당)로부터 300킬로미터 떨어진 뉴멕시코 주 앨러모고도 트리니티사이트에서 원폭 1개를 실험키로 했다. 폭탄은 강철 탑 꼭대기에 설치되었고 그 주위에는 과학적 감시 장비들이 설치되었다. 원래 7월 15일 폭발 시험을 하기로 했는데 기후가 나빴다. 이례적으로 소낙비가 퍼붓고 강풍이 몰아쳐 연기되었다. 다행하게도 다음날인 7월 16일 일기가 호전되자 오펜하이머와 그의 팀은 그곳으로부터 약 10킬로미터 떨어진 통제실에 있었고 그 밖의 과학자들과 관찰자들은 1..

youtu.be/7I3cTQvnW4E 보어는 미국의 원자폭탄 개발에 참여했지만 하이젠베르크는 오토 한과 같이 독일에서 원자폭탄을 제조하려는 계획에 전혀 참여하지 않았다. 후일 알려진 이야기이기는 하지만 일본 히로시마에 원자폭탄이 투하되던 1945년 8월 6일 소위 ‘우라늄 클럽’이라고 불리던 독일의 학자들은 영국의 케임브리지로부터 약 40킬로미터 정도 떨어진 고드만체스터라는 마을의 팜 홀이라는 커다란 저택에 연금되어 연합군의 감시를 받고 있었다. 당시에 연금된 학자들로는 하이젠베르크, 1914년 노벨물리학상을 수상한 막스 폰 라우에, 1944년에 노벨화학상을 받은 오토 한, 이론물리학자 칼 프리드리히 폰 바이츠재커, 칼 비르츠 등도 있었다. 히로시마라는 도시에 원자폭탄이 떨어졌다는 소리를 듣고 하이젠베르..

youtu.be/QG1B6ML8Dlk 1942년 12월 2일 모든 준비가 끝나고 오전에 연구진과 참관단이 스쿼시 코트의 북쪽 끝에 있는 발코니에 모이자 페르미는 곧 보여줄 작업에 대해 설명했다. ‘지금은 중성자를 흡수하는 카드뮴 봉이 안에 들어 있어 원자로가 작동하지 않습니다. 봉은 하나만 있어도 연쇄반응을 막기에 충분합니다. 따라서 우리가 처음 할 일은 조지 와일(Jeorge Weil)이 맡고 있는 하나만 빼고는 모든 제어봉을 제거하는 겁니다. 다른 봉들과 같이 빼낸 이 봉은 자동으로 제어됩니다. 만일 반응의 강도가 정해진 한계가 넘으면 이 봉은 자동으로 원자로 속으로 다시 들어갑니다. 이제 실험이 시작됩니다. 조지 와일은 제어봉을 조금씩 빼낼 것이며 우리는 측정을 통해 원자로가 계산대로 작동되는지 확..

youtu.be/1QK6BySGNz4 핵분열반응이 일어나게 하기 위해서 중성자로 핵을 때려야 하고, 핵융합반응이 일어나게 하기 위해서는 입자를 큰 속도로 가열하여 충돌시켜야 하기 때문이다. 그런데 이 작업은 간단한 일이 아니다. 역으로 말한다면 우라늄의 연속 반응을 일으키기 위해서는 막대한 예산과 인원이 필요하다는 뜻이다. 지구에서는 이런 때에 항상 극적인 사건이 일어나 해결책을 제시한다. 변수는 역시 전쟁이었다. 오토 한의 자신이 얻은 실험 결과의 의미를 몰랐지만 마이트너는 앞에 설명한 것처럼 그들의 실험 결과가 무엇을 뜻하는지 알았다. 프리시는 마침 미국으로 출발하려던 보어에게 독일인 한이 발견한 핵분열에 대한 실험을 설명했다. 중요한 것은 한이 독일 사람이라는 것이었다. 그가 나치에 협조하여 핵폭탄..

youtu.be/KVzeD1VOJeM 앞에 설명한 내용들은 거의 모두 노벨상과 관계될 정도로 어려운 핵물리학에 관한 내용이므로 다소 딱딱하게 느껴지게 마련이다. 특히 핵물리학이라 하면 일본에 투하된 원자폭탄이나 방사능을 연상하므로 으스스하게 들리기도 한다. 그러나 이들이 실제로 우리 생활에 접목된 지 오래되었으므로 이를 피할 수 없는 세대가 된 것은 사실이다. 위의 설명을 이해하기 쉽도록 가능한 한 풀어서 다시 한 번 설명하면 질량이라는 것이 매우 농축된 형태의 에너지라는 점이다. 원자핵은 밀도가 높고 무거워 원자 무게의 대부분을 차지하지만 부피에서 차지하는 것은 거의 없다. 대부분의 물질에 있어서 원자핵은 안정되어 있으므로 변화하지 않는다. 그런데 어떤 원자핵들은 깨지면서 강한 에너지 입자를 내놓는데 ..

youtu.be/QsPjMUUoBH8 유인원에서 갈라진 인류의 선조는 몇 백 만년 동안 수렵활동을 통해 얻은 동식물을 요리하지 않은 채 먹었다. 그런데 근래의 연구에 의하면 대체로 100만 년 전부터 인간이 불 을 사용하게 되었다. 인간이 불을 사용할 수 있게 되자 그 전에 먹을 수 없었던 것을 익혀 먹을 수 있게 되었고 밤에는 어둠을 밝혀주었으며 추운 날엔 몸을 덥혀 주었다. 이를 에너지 차원으로 말한다면 당시 불을 피우는 데 사용된 나무야말로 인간 역사상 최초의 에너지원이라 볼 수 있다. 불 에너지 다음으로 인류가 손에 넣은 에너지는 ‘가축 에너지’이다. 약 1만 년 전, 농경 시대로 들어서자 사람들은 소, 말 등의 가축을 이용하여 무거운 물건을 운반하거나 논밭을 경작했다. 이때부터 인간은 조금씩 문..

youtu.be/Wt-McbrgqvI 러더퍼드는 실험을 통해 원자의 질량은 원자 전체에 고르게 퍼져 있는 것이 아니라 원자 중심의 매우 작은 부피 속에 질량의 대부분이 집중되어 있다는 것을 발견했다. 바로 원자핵이다. 러더퍼드의 원자핵 발견 당시에 전자의 전하량은 이미 밝혀져 있었고 양성자는 전자와 같은 양(量)의 전하를 가지고 있으나 전자와는 달리 플러스 전하를 디고 있다는 것도 알려져 있었다. 그리고 여러 가지 실험을 통해 원자핵은 양성자의 전하(e)의 원자 번호를 곱한 값(Ze)에 해당되는 양의 전하를 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 또한 핵의 질량은 양성자 질량에 원자량을 합한 값에 해당한다는 것도 알려졌다. 예를 들면 원자변호가 8이고 원자량이 16인 산소핵의 전하량은 양성자 전하량의 8배이고 질..

youtu.be/Y-ic-sKlHns 러더퍼드가 제시한 원자모형의 문제점을 해결하는 방안으로 보어(Niels Hendrik David Bohr)가 양자론의 입장을 적용한 새로운 원자모형을 제안했다. 그는 원자에서 나오는 전자기파의 에너지가 연속적으로 방사되는 것이 아니라 불연속적인 양으로 방출되어 선스펙트럼을 이루는 데 착안했다. 보어는 원자에는 어떤 안정된 궤도가 존재해서 전자가 이 궤도에서는 에너지를 잃지 않고 운동할 수 있으며, 한 궤도에서 다른 궤도로 뛰어 옮길 때만 전자기파를 방출해 에너지를 잃게 된다고 가정했다. 이것은 물리량이 양자화되어 있다는 양자론에 근거한 것이다. 보어는 에너지가 연속된 양이 아니라 최소 단위의 정수배로만 존재하면서 주고받을 수 있다면, 원자내의 전자가 가질 수 있는 에..

youtu.be/U2fo7gsEtU8 원자의 성질에 관한 이론이 어느 정도 정립되자 학자들은 미소세계에 대해 더욱 궁금해 하기 시작했다. 그것은 원자가 어떻게 생겼는지를 알아내는 일이었다. 1903년 일본의 도쿄대학교에서 나가오카 한타로 나카오카(長岡半太郞, 1865～1950)는 토성 원자모형을 발표했다. 하지만 양전하가 중앙에 있고 그 주위를 전자들이 고리 모양으로 돌고 있는 토성 원자모형은 역학적 불안정성 때문에 발표되자마자 심한 비판에 부딪혀 폐기되었다. 전하를 가진 전자가 원자 내에서 궤도 운동을 한다면 전파를 발생하게 마련이며 결국 순식간에 에너지를 잃고 핵으로 떨어지고 만다는 설명이다. J. J. 톰슨은 그가 발견한 전자와 수소이온을 바탕으로 1904년에 원자의 모형을 제시했다. 이 당시 이미..