<조지프 존 톰슨>
[전자]
[원자의 역사]
[수학을 잘한 학생]
[캐번디시 연구소]
[결혼]
[간단히 보는 전기의 성질]
[진공관]
[톰슨의 음극선 실험]
[전자의 발견]
[노벨 물리학상]
[건포도 푸딩 모형]
[그 아버지에 그 아들]
[기체 내의 전기전도]
[동위원소 발견]
[참교육자 톰슨]
[톰슨과 바지]
<라봉봉>
[전자]
우리나라를 대표하는 기업이 뭘까요 ?
바로 '삼성전자' 인데 이건 초등학생도 아는 사실입니다 ! (머쓱..)
그렇다면 삼성은 쓰리스타.. 세 개의 별이란 뜻이고
전자는 무엇일까용 ??
전자(electron) 는
'음전하를 가지고 원자핵의 주위를 도는 소립자의 하나'
라고 사전설명이 있고
전자는 가장 작은 존재의 단위라 보면 되고
전기의 기본단위라 할 수 있고
물질의 기초 입자개념인 '원자' 속에 전자가 존재합니다
우리가 현대문명에서 쓰이는 텔레비전 , 핸드폰 , 컴퓨터 , 인터넷 등등이
전자에 기반을 두고 있고있습니다
이번 인물은 바로 전자를 발견한
조지프 존 톰슨이라는 물리학자의 이야기입니다
이전 근대 화학의 아버지 라부아지에 이야기를 쓸때
이해를 돕기위해 잠깐 화학의 역사를 설명했듯이
톰슨 이야기를 쓰기 전에 이번엔 먼저
원자의 역사에 대해서 짧게 가봅시다
[원자의 역사]
흔히 한국사에서
고대 삼국-중세 고려-근대 조선-현대 대한민국
이렇게 4개의 분류가 있듯이
또한 이전 라부아지에 이야기에서 쓴 것처럼 화학이
고대-중세-근대-현대 개념이 있듯이
물리학과 화학의 가장 중요한 개념인
'원자' 역시 고대-중세-근대-현대 개념이 있고
먼저 서양과학에서 고대하면
웬만하면 다 '그리스' 입니다
예수님이 태어나기 전인 기원전 시기 그리스에서는
해상무역으로 막대한 부를 얻고
문명이 시작된 이집트 , 메소포타미아 문명과 교류를 하게 되며
동방의 과학 , 수학기술을 받아들이게 되어
서양은 최초로 '그리스'에서 찬란한 문명이 꽃피웠고
그리스는 서양 과학과 학문의 요람이었습니다
아리스토텔레스 , 피타고라스 등
철학과 과학 , 수학을 겸한 수많은 전설적 과학자가 활동하였고
사람들은 아고라(광장) 에 나와 지적 대화와 학술토론을 즐기었던 시기입니다
이런 시기 수많은 그리스 과학자들이
태초의 기원부터 만물의 기원 , 지구의 크기 , 무한대의 개념 등
여러가지를 최초로 상상하였고
당시 그리스인들은 물질은 무한히 작게 나눌 수 있으며 연속적으로 생각했는데
우리가 마치 계속 범위를 넓혀가며
우리의 어머니의 어머니의 어머니의..하면서 신을 생각해보듯이
반대로 더 작게 생각해서
나-얼굴-피부-주름-살-단백질-탄소 이런식으로
계속해서 범위를 줄여가다보면
나라는 사람은 어느 작은 알갱이로 이루어져있는 것이고
그렇게 계속해서 작게 나눈다면 어딘가에 끝이 보일 수도 있을거기에
기원전 약 400년경 그리스 데모크리토스는
물질을 계속해서 쪼개나가면 궁극적으로 더이상 쪼갤 수 없는
작고 단단한 입자가 나올 것이라 생각했고
이것을 '원자 Atomos' 라고 이름 붙였습니다
원자 개념은 오늘날에도 가장 중요한 기본적 개념이라
우리의 신체는 결국 계속 축소해보면 원자들로 이루어진 셈이 됩니다
물론 시대가 시대인것 답게 고대그리스 과학은
대부분 실험에 기반을 두지 않고
상상으로 처음 개념을 만들고 이름붙인 것이며
초기의 그리스시대 원자 역시 그런 개념이었습니다
그러다 2000년 후
1803년 영국 과학자 존 돌턴이 원자설을 발표합니다
고대에 원자라는 뭐시기가 있다 이런게 2000년동안 전래되어오다
근대과학시대가 열리자
돌턴은 근대적인 원자론을 처음 열었고
대기를 연구하는 과정에서
대기가 몇 종류의 기체가 섞인 혼합물이라 결론내린 돌턴은
이 기체들이 라부아지에가 말한 '원소' 로 보고
원소들은 각각 일정한 성질과 질량을 가진 '원자' 라는
작은 입자로 이루어졌다고 보았으며
화합물은 서로 다른 종류의 원자가 결합한 입자로 이루어져 있다고 보았습니다
또한 돌턴은 다른 원자끼리는 크기와 질량이 다르다 생각했기에
이런 그의 생각은 화학과 물리학 , 기초과학 발전의 주춧돌이 되었습니다
즉 원자는
고대-데모크리토스 원자설
근대-돌턴의 근대 원자설
로 이루어져있었고
여기서 톰슨이 한발 더 나아가 인류 역사상 아주 중대한 발견을 이뤄냅니다
1897년 영국 과학자 톰슨(이번 이야기 주인공)은 실험을 통해
원자 속에 - 전하를 띄는 전자가 있음을 발견하였고
원자는 전기적으로 중성이며 원자 내부에는 -와 균형을 맞춰
+ 전하가 골고루 퍼쳐있고
마치 푸딩이나 빵속 건포도처럼 원자가 박혀있다 생각했고
이것이 바로 톰슨의 푸딩 원자모형입니다
톰슨은 이런 과정에서 원자를 연구하다 전자를 발견하며
인류 역사에 큰 획을 그었고
1911년 톰슨의 제자 러더퍼드는 실험을 통해
원자 내부에 + 전하는 아주 작은 공간에 몰려있고
원자 내부의 중심에 원자핵이 있으며
그 주위를 - 전하를 띄는 전자가 마치 행성들이 태양 주위를 회전하듯이
돌고 있는 원자모형을 주장했고
(스승의 원자 푸딩론을 무너트림)
1913년
덴마크의 보어는
러더퍼드 모형에서의 잘못된 부분도 발견하고
전자는 원자 내에서 정해진 궤도로만 회전한다 가정해
수정된 원자 모형을 제시하였고
보어는 이를 통해 양자역학이라는 새로운 학문을 이끌어내고
노벨상을 받게 됩니다
또한
1932년 채드윅은 원자핵 내부에서 중성자를 발견해
원자의 구조는 원자핵과 전자로 이루어져 있고
원자핵에 양성자와 중성자가 있다는 것을 밝혀내서
노벨상을 수상합니다
이런저런 연구들로 현대 원자모형은
전자구름모형으로 수정되었고
즉 고대부터 근대 , 현대를 거치며 원자는
1.가장 작은 단위(데모크리토스)
2.더이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 공(돌턴)
3.원자핵의 개념이 없는 푸딩모양(톰슨)
4.태양 주위를 도는 혹성과 같은 전자혹성모형(러더퍼드)
5.전자는 원자핵주위에서 불연속적 원궤도를 그리며 운동(보어)
6.핵 주위의 전자를 확률 분포에 따라 나타나게 하는 전자구름모형(현대)
이런식으로 고대부터 현대까지의 발전이 있어왔고
원자와 전자의 개념은 우리가 눈에 보이지 않는
미시세계이기도 해서 당대 최고의 과학자들도 추측과 상상을 많이 할 정도였으니
톰슨도 , 러더퍼드도 , 보어의 원자개념도 완벽하진 않았지만
그들은 각각 원자를 연구하고 상상하는 과정에서
수많은 중대한 발견들을 하며 현대문명을 만드는데 기여하고
노벨상을 수상하는 것입니다
그렇다면 조지프 존 톰슨이 발견한 원자와 전자는 무엇이었고
어떤 이야기들이 있을까요 ?
[수학을 잘한 학생]
조지프 존 톰슨은 1856년 12월 18일 맨체스터 교외의 치텀 힐에서
스코틀랜드 혈통으로 태어났습니다
톰슨은 14살에 맨체스터 대학교 오웬스 칼리지 학생이 되었고
그곳에서 수학 , 물리학 , 공학을 공부하는데
책판매원이었던 톰슨의 아버지는 수줍은 소년 톰슨이
견습 엔지니어가 되길 바랬고
톰슨은 기관차 제조업체에서 도제(견습공) 자리가 날때까지
기다리면서 공학을 공부했습니다
그런데 엔지니어들은 견습과정에 많은 돈이 필요했습니다
2년 후 아버지가 사망하자
어머니는 톰슨이 엔지니어가 되는데 필요한 돈을 대줄 수 없었고
결국 톰슨은 다른 진로를 찾다가
교수들 중 한명이 톰슨에게 공부를 계속하라 격려하며
케임브리지 대학 트리니티 칼리지에 장학금을 신청하라했고
1876년 19세의 톰슨은 장학금을 받는데 성공하여
케임브리지 대학에서 수학과 이론물리만 공부합니다
톰슨이 훗날 원자와 전자에 대한 연구실험을 하며
실험물리학의 대가로 이름날리는 것에 비해
젊은시절 톰슨은 실험물리에 대해서는 잼병이었고
1880년 케임브리지 대학 수학 졸업시험에서 2등으로 졸업합니다
톰슨은 케임브리지에서 계속 공부해
1882년 대학에서 가장 인기있는 수학상 '아담상' 을 수상 ,
1883년 수학석사학위를 받습니다
[캐번디시 연구소]
케임브리지 졸업후 톰슨은 당시 물리학계의 최고 영예인
캐번디시 연구소에 들어가는데
헨리 캐번디시의 이름을 딴 1874년에 개설된 케임브리지 대학의 연구소로서
캐번디시 연구소 출신의 노벨상 수상자만 29명입니다
프랑스 대통령이 캐번디시 연구소에 방문했을때
프랑스에는 노벨 물리학상 수상자가 10명이나 된다고 자랑하자
캐번디시 연구소 재료학과 학과장이 우리 캐번디시 연구소에서만
29명의 노벨상 수상자를 배출했다며 점잖게 응수했다는 유머도 있고
(영국식 유머)
톰슨은 제 2대 캐번디시 연구소장인 레일리 경 밑에서
전기에 관한 실험을 시작했고
이때까지 실험에 대한 경험은 전무한 상황이었고
이후에도 톰슨의 손은 매우 서툴러서
톰슨의 중요한 실험들은 대부분 조수들이 행했고
그가 실험기구에 접근하면 조수들은 장치가 부서질까 두려워
제발 장치를 만지지 말기를 마음속으로 빌었다 합니다
그러나 총명한 톰슨은
스타크래프트로 치면
세밀한 마린메딕 컨트롤은 약해도 운영의 귀재였던 인물이었고
톰슨의 손은 매우 서툴렀지만 장치를 설계하고 문제를 진단하는데는
천재적인 인물이었고
또한 훌륭한 강사로서 학생들을 격려했으며
톰슨은 일반적 과학자보다 수많은 세계적 물리학자를 키워낸
'교육자' 로도 유명한 인물입니다
그냥 이름만 들어도 입이 쩍벌어지는 과학자들이
전부 톰슨 밑에서 교육받았습니다
하여튼..
1884년 레일리 경이 2대 캐번디시 연구소장직을 사임하자
최고의 물리학 연구소장직을 두고
수많은 저명한 물리학자들의 경쟁이 붙었는데
선정위원회는 그 시대 가장 뛰어난 과학적 두뇌에서
28살짜리 톰슨을 캐번디시 연구소장직에 앉히는 모험을 하였고
그동안 톰슨은 실험물리보다 수학적 능력이 뛰어난 것으로 알려져있었는데
톰슨은 초기 우려와 달리 연구소장직을 매우 잘 해내게 됩니다
[결혼]
승승장구 출세가도를 달리던 톰슨은
1890년 그의 학생 겸 실험실 조수 중 한 명인
젊은 여성 물리학자 로즈 엘리자베스 패짓과 결혼했고
그녀는 케임브리지 의학 교수의 딸이었습니다
톰슨 부부는
딸 조안과 아들 조지 패짓 톰슨을 낳았는데
아들 조지 패짓 톰슨은 아버지 연구를 이어받아
아버지와 아들이 모두 노벨상을 수상하는 쾌거를 이뤄냅니다
그렇게 톰슨은
1884년 케임브리지의 캐번디시 실험 물리학 교수로 임명되어
낮은 압력에서 가스를 통해 전기를 방출하는 실험을 연구하는데
이 과정에서 1897년 전자를 발견하고
1906년 '전자의 발견' 으로 노벨물리학상을 수상하고
1908년 기사작위를 받습니다
전 물리학이랑 상관없는 사람인줄 알았는데
이야기를 쓰다보니 본의아니게 톰슨의 물리학 실험을 꽤나 자세히 읽게 되었고
어린이들에게는 너무 어려울 수 있으니
간단한 대한민국 청소년 교과과정 수준의 이야기로 가봅시다
(이정도만 해도 충분히 어려운듯..ㅠ_ㅠ 톰슨좌 무슨 인생을 사신겁니까..)
[간단히 보는 전기의 성질]
우리가 전기선으로 핸드폰을 충전하는데
개구장이 금쪽이녀석이 달려와 가위로 충전기 줄을 자르면
충전이 멈추게 됩니다
전기선은 떨어져 있으면(잘리면) 전기가 흐르지 않는 것이고
다시 전기선의 구리를 꼬아서 이어주고 절연테이프로 둘둘 감으면
전기가 다시 통하게 되는 것입니다
그런데 재밌는건
잘린 전기선을 꼬지 않고도
그저 잘린 두 선을 가까이 해주면
떨어져있지만 푸른 빛(스파크)을 내며 전기가 흐르게 됩니다
다시 두 선을 멀리 해주면 전기가 흐르지 않는데
이 상태에서 전압을 올리면 전기가 다시 흐르게 되는데
전기의 재미있는 성질입니다
[진공관]
이런 상황에서
진공 유리관에서 이런 행동을 하면
전기가 더 잘 흐르게 됩니다
왜 그러냐면 일반적 기체 상태에서는 전기가 다른 기체들의 방해를 받는데
진공상태가 강해질수록 방해가 적어져서 더 전기가 잘흐르게 되는 것입니다
이런것 때문에
19세기 중반부터 과학자들은
이도시 저도시를 돌아다니며 네온사인의 원조를 보여주며
과학매직쇼를 하며 관객들을 매료시켰는데
양쪽에 전선이 달린 유리관 내부의 공기를 대부분 빼고
고전압을 흘리자 유리관 내부는 아름다운 패턴을 보이며 빛났고
분명 어떤 광선이 음극선에 의해 방출되서
신비한 형광빛을 유리관에 비추는데 사람들은 이 광선에 대해 궁금해하다가
음극선이 어떤 종류의 물질입자라 생각하고
수많은 물리학자들이 음극선의 정체를 알아내려 도전합니다
전류가 전자로 만들어졌다는 것을 알기 전부터
과학자 , 발명가들은 전기를 이용하기 시작했는데
그럼에도 보이지 않는 전기가 전선을 통해 흐를때
그 실체가 무엇인지는 전혀 몰랐고
음극선관이 좋은 예였습니다
유리관에 양극과 음극을 넣고 전류를 흘려주며 공기를 빼내면
음극 쪽에 불꽃이 생기며 공기가 빠지며 불꽃이 관 전체로 확산되며
색깔이 바뀌는데 아무도 이 현상을 설명하지 못했는데
톰슨에 의해 전자의 정체가 밝혀지게 됩니다
톰슨이 연구하던 시절
보다 강력한 진공상태를 가지는 진공유리관(크룩스관) 의 발명으로
톰슨은 더 정확한 전기의 흐름에 대한 연구를 할 수 있었고
[톰슨의 음극선 실험]
톰슨 역시 당시 그 어떤과학자도 설명하지 못하고 있던
음극선의 실체를 밝혀내려는 실험에 도전하였고
톰슨은 진공관을 이용해 음극선 실험을 하게 됩니다
음극선(cathode ray) 이란 내부가 진공인 관에 설치된
양극과 음극 사이에 높은 전압을 걸어 줄때 관측되는 것으로
'음극에서 방출되서 양극으로 향하는 전자들의 흐름'
을 뜻합니다
음극선은
1869년 독일 과학자 요한 히토르프에 의해 발견되었고
수많은 물리학자들이 음극선의 정체를 알아내기 위해
실험에 도전했고 톰슨도 그중 한명이었습니다
19세기 중반에 좋은 성능의 진공펌프가 발명되며
수많은 혁명적인 과학실험이 시작되었고
1880년 중반부터는 100분의 2~3기압까지 내려가는
진공관을 만들었으며
1895년 크룩스는 압력 0.1mmHg 이하의 강력한 진공상태를 가지는
크룩스관 (Crookes tube) 이라 불리는 진공방전관을 만들었습니다
요즘은 크룩스관 세트를 이용해서 간단히 톰슨의 실험을 할 수 있는데
하여튼 ,
1897년 40세의 실험물리학자 톰슨은
오늘날까지 유명한 '음극선 실험' 을 수행합니다
이렇게 진공관속에서 레이저빔(음극선)을 계속 쏴주며
여러 혁명적인 실험결과를 도출하는데
톰슨의 대표적 음극선 실험 결과는 다음과 같았습니다
1.음극선의 진행경로에 장애물을 놓으면 그림자가 생긴다
2.음극선의 진행경로에 놓인 바람개비가 회전한다
3.음극선의 진행경로는 전기장과 반대방향으로 휜다
4.음극선의 진행경로는 자기장 내에서 휜다
여기서 톰슨은 다음과 같은 결론을 내립니다
1.그림자가 생겼다는 것은 직진운동을 한다
2.바람개비가 회전한 것은 에너지(질량)를 가지고 있따
3. + 쪽으로 휘어졌다는 것은 - 성질을 가진다
4.음극선 입자는 수소원자보다 적어도 천 배는 가볍다
[전자의 발견]
이런 연구 결과에서 톰슨은 원자의 구성 성분이
- 를 가지는 음극선 물질 말고
반대의 성질을 가지는 물질이 있을 것이라 생각하고
앞으로 원자에 대해 세밀한 연구가 필요하다는 문제와 직면합니다
톰슨은 이러한 음극선 실험을 통해 음극선을
'전자' 로 명명하였고
톰슨은 이 실험에서 전자를 발견해
이전 돌턴의 원자론을 굳게 믿던 당대 과학자들은
'원자가 우주에서 가장 작은 입자이며 모든 것의 기본 구성요소'
라는 확신이 와르르 무너지게 되었고
이제부턴 그렇다면 원자보다 작은 이 입자와
원자의 구성요소를 발견하려고 노력하는 쪽으로
물리학계의 패러다임이 바뀌게 됩니다
1897년 4월 30일 금요일 저녁
톰슨은 영국왕립학회에서 가진 비공식 연설에서
물리학의 신세계를 열 자신의 놀라운 발견내용을 발표합니다
<톰슨>나는 최근에 흥미로운 실험을 했습니다
톰슨은 진공관 실험을 통해 원자가 더 작은 많은 입자로 이뤄져있다는
충격적 내용을 소개했고
톰슨이 발견한 전자는 진공관 안에서 전류실험을 통해 이뤄졌지만
그가 발견한 전자의 원리는 에디슨 전구 발명과정에서 드러난
이상한 전류흐름을 설명해주어 진공관 발명으로 이어졌으며
진공관은 반도체 발명 이전까지 현대문명을 이끌었으며
또한 톰슨이 발견한 전자의 원리는 반도체 원리에도 그대로 적용되게 됩니다
<톰슨>
음극선이 음의 전기의 전하를 전달하고
마치 음의 전기를 전달하는 것처럼 정전기적 힘에 의해 편향되고
이 힘이 이 광선의 경로를 따라 움직이는 음의 전기를 가진 물체에 작용하는 방식으로
자기력에 의해 작용되기 때문에 ,
나는 그것들이 물질의 입자에 의해 운반되는 음의 전기의 전이라는
결론에서 벗어날 수 없다
(이거 외에도 톰슨형님이 명언들이 굉장히 난해함..)
[노벨 물리학상]
1897년 전자 발견을 통해 톰슨은
1906년 노벨 물리학상 수상의 영예를 안습니다
[건포도 푸딩 모형]
또한 톰슨은 이전 돌턴의 원자모형에서 한발 더 나아가
원자모형은 개선되어야 한다며
새로운 원자모형을 제안하는데
그것이 바로 푸딩 건포도 모형으로서
전자의 질량은 매우 작기 때문에
원자는 대부분 + 성질을 가지는 물질로 가득 차야하며
전자는 매우 작은 만큼 푸딩에 건포도가 박힌 상태처럼 원자에 배열되있다고
주장했고
톰슨은 원자를 구성하는 요소로 음전하를 띄는 전자가 있으므로
원자가 전기적으로 중성이 되려면
양전하를 띄는 물질 또한 원자를 구성하는데 필요하다 생각해
푸딩 건포도(자두 푸딩모형) 을 주장해
균일하게 양전하 , 음전하거 골고루 섞여있다 주장했고
이는 그의 제자 러더퍼드에 의해 실패한 이론이 됬지만
톰슨의 푸딩모형이 중요한 이유는
원자속에 전자가 있다는 것을 강조한 최초의 이론이기 때문입니다
[그 아버지에 그 아들]
톰슨이 이렇게 기체에서의 전기전도성(전자 발견 , 전자가 입자라는 것) 으로
1906년 노벨 물리학상을 수상했다면
31년후 톰슨의 아들 조지 패짓 톰슨은 전자가 파동이란 것을 보이며
1937년 노벨 물리학상을 수상하며
'그 아버지에 그 아들이다'
소리를 들었고
퀴리 모녀도 그렇듯 노벨상은 부모자식이 함께 받는 경우들이
꽤 있고 솔직히 강남의사부모가 자녀들 직접 쪽집게과외 해주는것마냥
노벨상 부모들이 치트키랑 맵핵 켜주고
자식들은 받아먹기한 그런 느낌이긴 한데
부모가 세계최고의 학자들이라 부모가 알게모르게 밥상머리에서 지도교수까지 다 해줬을거고
부모가 못다이룬 연구 혹은 부모의 연구에서 한발 더 나아가다 발견한 거고
밥상머리에서 맨날 노벨상 주제에 대해 떠들게 분명하니
자식들이 그대로 보고 부모 직업 따라가서 받는 그런 3루수에서 출발하는
느낌적인 느낌이고
결론은 부럽다는 말이고
과학에서 근현대문명 대부분이 서양에서 나와서
참 서양은 축복받은 지역이란 생각이 듭니다
한국이 스타크래프트나 온라인게임을 엄청나게 잘하는게
옆친구가 계속 하니까 다들 물들어서 피시방으로 돌격하는 거고
남미랑 브라질이 축구 엄청나게 잘하는게
옆친구가 계속 하니까 다들 물들어서 공터에서 축구뛰는 거고
서양이 과학수학 잘하는게
옆친구가 계속 하니까 다들 물들어서 물리랑 미적분 공부하는 셈이라
원래 사람은 좋은 홈그라운드를 가지면
대부분 특정 국가 , 집단에서 노벨상 , 월드컵 우승 , 게임대회 우승이
우수수 일어납니다
[기체 내의 전기전도]
하여튼..
톰슨은
1897년 음극선 , 전자를 연구하는 과정에서
전자가 가장 가볍다 여겨지는 수소원자보다
1/2000 정도의 질량을 지닌 미립자임을 확인했으며
원래 톰슨은 전자(electron)라는 말을 사용하지 않고
미립자(corpuscle) 이란 말을 사용했지만
후대 과학자들이 1891년 스토니가 제안한 전자라는 이름을 선호해
이로 대체됩니다
전자의 발견은 원자보다 작은 물질의 구성요소의 발견이었는데
이전부터 원자가 이미 가장 작은 원소를 뜻하는 말로 쓰였기에
원자 역시 가장 작은 단위로 여겨지고 있고 (이런것 때문에 좀 복잡함)
전자의 발견은 원자구조 연구의 중요한 한 걸음이었고
전자 발견으로 원자구조론 , 물질구성 , 원소의 주기율 연구가 진행됩니다
1903년 출판된 톰슨의 위대한 저술인
'기체 내의 전기전도' 에 그의 전자에 관한 연구가 총괄되어있고
레밀리경은 이 책을 칭송하며
<레밀리경>캐번디시 실험실에서의 톰슨의 위대한 날들의 집약
이라 칭송했습니다
<기체 내의 전기전도-톰슨>
음극선 , 뢴트겐 광선 및 방사능의 발견과 연구로
물리학에서 새로운 시대가 시작되었다
[동위원소 발견]
톰슨은 유명한 또다른 업적이 있는데
바로 '동위원소' 의 발견입니다
1912년 톰슨은 실험 조수 애스턴과 함께 이온화 된 네온을
전기장과 자기장을 통과시키며 휘어지는 정도를 측정해서
네온 이온이
원자량이 20인 네온과
원자량이 22인 네온으로 이루어져있다는 것을 발견합니다
네온의 두 가지 '동위원소' 를 발견한 것으로
이전 소디라는 과학자가 방사성 원소의 붕괴를 설명하려
동위원소의 존재를 제안했지만
안정한 원자에서 동위원소를 발견한 것은
이것이 최초였고 톰슨과 애스턴이 네온의 동위원소를 분리하는데 사용한 것은
최초의 질량분석기였고 후에 애스턴은 질량분석기를 크게 발전시켰습니다
여기서 동위원소(isotope) 는 원자의 양성자 수는 같으나 중성자 수가 달라
질량이 다른 원소를 말하는 것으로
동위원소는 여러가지에 이용되는데
대표적인 것이 '탄소연대측정법(동위원소 연대측정법)' 입니다
자연에서 탄소는 3가지의 동위원소로 존재하는데
99%는 탄소-12 이고
나머지 대부분은 탄소-13 으로서 안정적인 동위원소이고
하지만 다른 하나인 탄소-14는 약 5730년의 반감기를 지닌 방사성 원소라
생명이 죽게되어 더 이상의 탄소교환을 하지 않으면
그 이후부터 탄소-14는 방사성 붕괴를 거치며
수가 감소하기에
탄소 중에서 탄소-14가 차지하는 비율이 지속적으로 감소하는데(반감기)
이 사실을 이용해 그 물체가 언제 죽었는지 계산이 가능해집니다
더 자세히 말해서
탄소-14의 반감기가 약 5700년이기에
10번의 반감기가 지나면 역사적 유물에 남아있는 탄소-14의 양이
0.1% 미만으로 떨어지고 이런식으로 유물에 탄소 양을 계산에서
문자로 남아있지 않은 유물들도
대략 몇 천년전 유물인지 계산을 할 수 있게됩니다
(대충 쉽게 비유하면
똥을 막 누면 똥냄새가 강하게 나고
시간이 지날수록 똥냄새가 옅어지므로
냄새가 적으면 냄새가 강한 똥보다
더 오래된 똥임을 추측할 수 있듯이
시체나 유물 내부의 탄소도 일정한 속도로 계속 줄어들기에
시체나 유물의 잔존 탄소를 세서 몇 천년전 유물인지 계산하는 것임)
우리나라에서 방사성 탄소 연대 측정법이 처음으로 사용된 것은
철기시대 집터 가평 마장리 유적으로
미시간대학에서 가평 마장리 유적에서 채집한 목탄을 분석해
기원전 1700년 경의 유물이라는 결과를 내놓았고
신석기 시대는 기원전 5000년 ~ 기원전 1000년 ,
청동기 시대는 기원전 1300년 ~ 기원전200년 ,
초기 철기 시대는 기원전 200년 이후라는 것을 알아냈습니다
동위원소를 이용해 방사성 탄소연대측정법을 개발한 윌러드 리비는
1960년 그 공로를 인정받아 노벨 화학상을 수상하였고
노벨상 수상당시 스웨덴 왕립 과학원은
그의 방사성 탄소연대측정법이 고고학자 , 지질학자 , 지구물리학자 등
다른 과학자들에게 큰 도움이 되었다 말했고
어떤 학자는 단 하나의 발견으로 아주 큰 공공이익이 초래되었다 칭찬했습니다
(톰슨부터 리비까지 이런거 다 어떻게 생각해서
유물 나이까지 계산하는지 참 경이로운 물리와 화학이라 생각합니다)
[참교육자 톰슨]
하여튼..
톰슨은 천재적인 물리학자인것 이외에도
교육자로서도 명망이 높았는데
톰슨은 실험과 연구 뿐만 아니라
제자들을 가르치는 일도 매우 중요하게 생각해서
남을 가르치는 것은 과학의 기본 개념을 다시 한 번 생각하게 해주므로
연구자에게도 도움이 되는 일이라 여겼기 때문이었습니다
덕분에 톰슨이 캐번디시 연구소장으로 재직할때
그의 제자중 과학자 7명이 노벨상 , 20여 명은 왕립학회 회원 ,
수 십명의 물리학 교수가 배출되었고
어니스트 러더퍼드(1908년 노벨상) , 윌리엄 브래그(1915년 노벨상) ,
찰스 바클라(1917년 노벨상) , 찰스 윌슨(1927년 노벨상) ,
오언 리처드슨(1928년 노벨상)
등이 톰슨의 제자였습니다(+아들도 노벨상ㅋㅋ)
톰슨은 겸손하고 조용한 유머감각을 지닌 과학자였고
겸손함에도 실력은 탑이라 빠른 속도로 출세가도를 달린 천재 물리학자였고
위대한 발견을 하는 와중에도 톰슨은 다른 과학자들을 위한 길을 닦아
후배 과학자들의 성장을 도왔습니다
톰슨이 40세일때
그의 가장 유명한 제자 어니스트 러더퍼드가 그의 실험실에 도착하는데
처음 그를 본 후 러더퍼드는 톰슨에 대해 다음과 같이 묘사했습니다
<러더퍼드>그는 대화에서 매우 즐겁고 전혀 케케묵지 않았다
그의 외관을 보니 그는 중간 사이즈의 남자였고
거무스레하고 아주 팔팔했다
1918년 톰슨은 케임브리지 대학 트리니티 칼리지 학장이 되면서
캐번디시연구소 소장직을 제자 러더퍼드에게 물려주었고
사망할때까지 트리니티 칼리지 학장직을 잘 해냈다하고
단지 그는 연구에 몰두할때 건망증이 심했다 합니다
[톰슨과 바지]
톰슨은 늘 낡고 헐렁한 회색 플란넬(가벼운 모직) 바지를 입고 다녔는데
어느날 아침 그가 실험실을 가려고 트리니티 칼리지 학장 사택을 떠나자
그의 부인은 침실에서 이 낡은 바지를 발견하고
남편이 건망증이 심한것에 최악의 사태를 생각한 부인은
수위실에 급히 전화를 걸어
<톰슨 마누라>오늘 아침 학장님이 지나가시는 것을 보았나요 ?
수위가 보았다하자
<톰슨 마누라>학장님이 괜찮아 보였나요 ?
라고 물었고
수위가 그렇다하자
부인은 안도의 한숨을 내쉬었는데
알고보니 평소 그답지 않게 톰슨이 새 바지 한 벌을 샀던 것이라 합니다
(설명충 : 혹시나 톰슨이 바지를 깜빡하고
팬티바람으로 나갈까 걱정했다는 부인의 영국식 유머임 하하호호)
이외에도 소탈한 톰슨은
정원 가꾸는게 취미였다 하고
참교육자였던 톰슨은 사망직전까지
케임브리지 트리니티 칼리지 학장직을 맡았고
1940년 8월 30일 85세를 일기로 세상을 떠났고
톰슨은 사망후 아이작 뉴턴과 찰스 다윈이 안치된
영국 웨스트민스터 사원에 안장되었습니다
<톰슨>
우리가 봉우리를 정복할때 우리는 흥미와 아름다움으로 가득한 지역을
우리 앞에 볼 수 있지만
그러나 우리는 우리의 목표와 지평선을 볼 수는 없습니다
거기서 더 멀리 솟아있는 더 높은 봉우리는
사람들을 불러올 것이고 그 사람들은 그 봉우리들을 올라 폭넓게 조사할 것이고
모든 과학의 발전에 강조되는 진실인
'주님의 작품은 위대한 것이다'
는 느낌을 심화시킬 것입니다
<라봉봉>
제가 깊게 공부하면서 느낀게 우리나라 및 동양 학생들은
굉장히 불행한 운명을 타고났다는 것입니다
동양에서 서양학술용어를 처음 학술용어로 번역한게 근대 일본인데
우리가 쓰는 근대적 표현이 실제로 대부분 일본 학자들이 한자로 번역한거고
당장 수학만 봐도 우리는 수학용어를 한글 , 영어를 둘다 배워야하고
물리학만 봐도 한글용어 , 한자용어 , 영어를 세개를 알아야하며
이로인한 혼동이 엄청 커서 대부분 한국인들도 과학이야기는 거의 안(+못)하거나
서구처럼 생활과학으로 스며들기가 너무 어렵습니다
당장 이과학문으로 갈것도 없이
성경만 읽어봐도
마태복음 5:3-12 를 보면
'3 심령이 가난한 자는 복이 있나니
천국이 저희 것임이요
4 애통하는 자는 복이 있나니
저희가 위로를 받을 것임이요
5 온유한 자는 복이 있나니
저희가 땅을 기업으로 받을 것임이요...'
인데 솔직히 이 성경번역이
한국은 유교경전 영향이 커서 굉장히 가오가 심하고 어렵게 번역되었고
여기서 한자어가 너무 많아서
예를 들면 심령 , 온유 , 기업 이라는 말들은
실제로 우리문화에서 자주 쓰이는 말은 아니고 거의 안쓰는 한자어라
사전을 찾아봐야 이해되지 바로 스트레이트로 이해가 되기가 어려워서
영어성경은 진짜 동화책읽히듯 술술 넘어가지는데
한국성경 읽기가 난이도가 엄청 헬입니다
(기업은 지금도 기초가 되는 사업인지 대대로 물려오는 재산인지 헷갈림)
반대로 영어성경은
Matthew 5:3-12 (마태복음도 아니고 그냥 마튜임ㅋㅋ
전 지금도 복음하면 볶음만 생각남ㅋ..)
3 Blessed are the poor in spirit ,
for theirs is the kingdom of heaven.
영혼이 가난한 자는 복이 있습니다 ,
하늘의 왕국이 그들의 것이기 때문입니다
4 Blessed are those who mourn ,
for they will be comforted.
슬퍼하는 사람에게 복이 있습니다
그들이 위로 받을 것이기 때문입니다.
5 Blessed are the meek ,
for they will inherit the earth.
온순한 사람에게 복이 있습니다 ,
그들이 땅을 상속받을 것이기 때문입니다
이렇게 실제 성경 원문은 되게 간단한데
영혼을 심령으로 , 슬픔을 애통으로 , 온순을 온유로 ,
상속을 기업으로 바꾸니 갑자기 쉬운말도 헬이 되는 것이고
실제 제가 영어성경 읽어보니
'그 친구들을 사랑해 !' 이런 식인데
한국식 성경은 저이의 벗들을 궁휼히 여기라니 어쩌구 이런식으로
한자어로 쉬운 말을 되게 어렵게 빙빙 꼬은 느낌이고
조선시대 영향이 커서 한자 가오가 있는 중국식 유교경전식으로 성경을 번역하니
이사단이 난듯 싶고
실제 수학물리도 그렇게 복잡하지는 않은데
일본식 한자와 중국 한자식으로 번역해서 쉬운것도 어렵게 공부해야하는게
동양과 한국 학생들의 현실인듯 싶습니다
서양(특히 미국과 영국) 학생들은 이미 패권국가라서
세계국제공용어가 영어라 수학 과학만 대충 공부하다
테니스나 수영하러 나가서 놀고 그러면서도
구글에 영어로 조금만 쳐도 과학 , 수학연구가 다 영어로 누적되어있어서
우리나라 학생들이 국사 수행평가 네이버에서 찾아보는것마냥
영미권 학생들은 최신 노벨상급 학술지식도 구글링으로 금방 찾아볼 수 있고
톰슨이나 러더퍼드가 쓴 논문과 서적도 그냥 바로바로 읽어볼 수 있어서
그냥 시간도 더 널널하고 한국 학생들보다 수학과학공부에 '압도적' 으로 유리하고
이런것 때문에 백인들은 맨날 탱자탱자 놀면서도 노벨상 , 필즈상 싹슬이해오고
한국학생들은 서울대 출신들도 맨날 도서관 , 연구실에서 죽쑤는데도 아무짝의 성과도 내지 못하고
주변에 기대에 부흥하느라 급하게 서양에서 만든 연구자료 카피하다 걸려서 폭망합니다
(실제로 영어라는 거대장벽때매 서울대가기가 옥스브리지나 하버드 가기보다 어렵고 공부량이 더 많고
이런것때문에 한국인들의 서울대출신에 대한 기대치가 영미 명문대보다 더 높다생각함)
한국학생들은 기본적으로 영어를 따로 공부해야하는데
영어는 범위가 끝이 없는 분야라
일정량의 문제집만 단계적으로 풀면 어느정도 능숙해지는 수학이나 물리학과 달리
영어는 계속해서 단어를 공부해야하는 답이 없는 학문이고
(또한 완전 새로운 분야는 그분야 용어를 또 처음부터 다시 배워야하고)
영어때문에 시간을 엄청 잡아먹느라 한국학생들은 수학과학 공부할 시간이 더 줄어들고
영어가 어느정도 된다한들 수학과학지식도 영어 , 한국어 , 한자어 3가지를 공부해야해서
한국학생들은 영미권학생들보다 시간이 압도적으로 부족할 수 밖에 없고
그런것 때문에 백인학생들이 공부도잘하고 잘노는 이미지인데 동양학생이 너드이미지가 많은듯하고
동양인이 똑똑해서 맨날 책붙드는게 아니라
하루종일 책만 붙잡아도 서양인들보다 시간이 부족한게 동양이고
동양인들도 영미권에서 태어난 2세대들은 백인들과 같이
수학과학만 공부하고 남은시간에 테니스나 수영 , 농구하며 친구들과 어울리는데
하여튼 이런것때문에 불행하고
한중일이 발전한 이유가 수학과학되는 엘리트들이
유럽은 곧바로 미국으로 도망치는데
한중일 이공계 엘리트들도 영어가 어려워 대부분 자국에 저가노동으로 납치되기에
한중일이 발전했다는 우스개소리가(사실 다큐임ㅋㅋ) 있듯이
근대시기 중국 지식인 루쉰이
'한자가 사라지지 않으면 중국은 반드시 망한다'
라는 말을 했는데
저도 더 고급지식들을 계속 접하게 되며
루쉰 말이 단순 중국이 아니라 동아시아 전체로 볼 수 있기에
루쉰의 시대를 앞서간 혜안이 뼈저리게 공감됩니다
전자도 삼성전자가 electron 로 써야하는데
전자기술을 뜻하는 electronics 으로 써놓고 한국어로는 전자라고만 써놔서
혼동을 주듯이
성경이나 이공계 학문에 이런 중의적 , 모호한 번역이 수두룩빽빽하고
솔직히 북한마냥 전부 순우리말로 바꾸기는 어려워도
한국 정서에 맞는 번역이 있어야하는데 총체적 노답입니다
생각보다 톰슨의 발명도 어려운 연구가 아니고
영어로 구글에 치면 쫘르르 나오는데
한국에서는 그 자료를 접하기가 정서나 현실적으로 너무 어렵습니다
이런것 때문에
영미권 과학자들이 톰슨-러더퍼드 -보어마냥
한 연구소에서 우수수 노벨상이 쏟아지고
서로 적극 교류하며 발전하는 것과 달리
우리는 아직도 기초과학 후진국에 불과하고
외국인들이 한국 프로게임단 보고 인프라에 놀라고
pc방 , 기업 프로게임팀 등 인프라가 잘 깔려있으니
한국인들은 프로들이나 고수들 경기를
매일 실시간으로 보고 게임 실력이 압도적으로 느는데
이런것때문에 한국인들이 세계에서 컴퓨터 게임은 항상 1등하듯이
(톰슨-러더퍼드-보어가 한국은 임이최마인데
임이최마도 엄청난 노력을 했고 E스포츠도 대단한 분야지만
남미나 흑인들이 예체능 잘해도
세계의 부는 과학을 잘하는 영미 백인들이 대부분 가지고 있듯이
국민의 부유함은 기초과학력에서 결정되서 우리 현실이 안타까움..)
서양은 이런 인프라가 영어로 다 깔려있어서
수학과학 하기가 너무 좋고 근현대 발명부터는 영어를 모르면
아무것도 할 수 없는 상황을 만들어버렸고
이게 진짜 서양의 무서움이라 생각됩니다
저도 과학을 공부한 이후부터
솔직히 한국과학 국뽕글이나 영상들 봐봤자
대부분 성에도 한차고 또 논문조작 사기겠지 하는 생각부터 들고
톰슨도 톰슨 한명만 대단한게 아니라
톰슨의 연구소 제자들이 한꺼번에 무슨 조기축구 우승컵 가져오는것마냥
노벨상을 싹슬이하고 핵무기까지 만들어내고 그러는거 보면
참 어마무시한 서양인들이고
이미 근현대부터 세계의 판도는 영미과학자들이 전부 깔아놨기에
우리도 그들을 배우고 더 노력해야 미래가 있다는 생각입니다
일단 우리는 무슨 동양인이 수학잘하고 똑똑하고
백인들은 부자인데 잘생기고 예쁘기만하고 바보라는 오만과 편견 , 국뽕부터 벗어야하고
현재 한국인이 백인들보다 공부 더 못하는게
(더 정확히 말하면 똑같은 공부를 해도 노력치가 배 이상으로 듬)
준엄한 현실이고
대신 또 웃긴게 영어도 노답언어라서
knife 를 카나이프 , 케니페라 안하고 나이프로 읽어야하고
known 를 노운이라 읽어야하는 불완전한 언어고 배우기 어려운 언어라
(이얘기하면 미국인들도 빵터짐ㅋㅋ)
솔직히 우리가 국뽕빨만한게 훈민정음 원툴인데
훈민정음 , 한글은 영어와 달리 발음이 서울이나 부산 , 찌아찌아족까지도
혼동의 여지가 없이 100% 직독이 되는 정확한 문자고
하필 훈민정음 성능이 초전도체급으로
현재 전세계에서 가장 성능 좋은 문자라 생각하고
일본이나 중국은 훈독이나 한자때문에 여기도 노답이고
영어도 그냥 현재 세계공용언어일 뿐이지
영어나 한자가 지식배우기에 노답이긴 노답인 글자들이고
발음도 따로따로 공부해야하는 노답언어라
이때문에 영미권도 문맹자가 많아서
영미 엘리트들은 우주선쏘고 레이저쏘고 뇌파조종하는데
평균지능으론 한국평균보다 무식한 사람이 너무 많습니다
일본이 노벨상 많은 이유가
근대부터 계속 서양과학서를 일본어 번역에 엄청난 투자를 해서
현재 동양인들은 전부 일본식 번역체계를 따르고 있고
일본인들 역시 영어를 따로 배우지 않아도
자국 번역서만 읽어도 노벨상이 나올 환경이라 합니다
앞으로 한국인들이 더 과학기술번역에 매진하고
한국어 , 한글체계로 과학기술을 발전시키면
저는 훗날 노벨상 , 필즈상의 중심지가 대한민국이 될 수도 있다 생각하고
우리도 톰슨의 연구소처럼 노벨 물리학상 싹슬이해서
미국으로 도망친 한국 엘리트들 다시 돌아오게하고
아름다운 미국 금발 백인 처녀들이 배우러 한국에 유학오는 그런 나라가 되었으면 좋겠읍니다
그리고 저도 물리학이 본분야가 아니라 잘은 모르고
솔직히 제가 수학과학자 이야기 쓰면 이공계나 의사 , 엔지니어 나봉쓰들이
저를 어떻게 생각할까 좀 민망하기도 하고
제가 물리강의하면 거의 김충원의 살인교실이나 발디의 수학교실급 분위기가 조성되겠지만
우리가 야구나 축구를 잘 몰라도 딱 메이저리그나 프리미어리그 경기보면
진짜 '메이저급 수비' 라는게 뭔지 훤히 보이고
(톰슨이나 러더퍼드 실험들 보면
진짜 논란의 여지가 없는 '노벨상급' 연구임)
진짜 게임하듯이 쫙쫙 정확히 패스하고
솔직히 저도 우리나라 대한민국 사랑하고 우리 대한선수들 응원하지만
메이저리그랑 프리미어리그 경기보다
KBO랑 K리그 경기 보니 눈 썩을거같은 느낌 들고
저보다 KBO 나 K리그 선수들이 당연 힘도 세고 훨씬 넘사벽으로 운동 잘하지만
프로가 기본적인 패스 , 송구도 안되고 저걸 못해 ? 하는 느낌이 있듯이
진짜 저보다 서울대 물리학과 수학과 교수들이 당연 물리 수학은 잘하겠지만
한국 수학과학도 흐음 ? 이런 느낌이 팍들고
밥먹고 세금으로 그것만 하면 최소한 밥값은 하려 노력해야하는데
세금으로 성과가 없어도 밥그릇을 보장해주니 노력은 안하고
인맥으로 실력없는 지인들 끌어올 생각이나 하고 앉아있고
국민들 기쁨은 커녕 절망과 분노만 주고..
서양처럼 우리도 엘리트 체육 , 엘리트 교육에 대해
국비 지원 다 끊고 생활체육 , 생활학문으로 전환해야한다 생각합니다
