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스핀

파울리, 배타 원리 그리고 진짜 양자역학

이강영 | 계단 | 2018년 01월 02일 리뷰 총점10.0 정보 더 보기/감추기
내용
5점
편집/디자인
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상품정보

출간일 2018년 01월 02일
쪽수,무게,크기 448쪽 | 744g | 152*217*30mm
ISBN13 9788998243081
ISBN10 8998243083

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책소개

고전역학으로는 설명할 수도 이해할 수도 없는 진짜 양자역학, 스핀!
화가가 선과 색으로 세상을 그리고 음악가가 소리로 우주를 표현하듯, 물리학자는 물리학 법칙을 통해 세계를 건설한다. 이 세상을 지금 우리가 보는 모습으로 만드는 물리학 법칙은 무엇일까? 우주를 가장 근본적인 수준에서 설명하는 이론은 양자역학이다. 그 중에서도 물질의 단단함, 원자의 주기율표, 그리고 모든 화학 법칙의 기초가 되어 세상을 이런 모습으로 만들어주는 원리는 오스트리아 출신 물리학자 볼프강 파울리가 제창한 배타 원리다. 배타 원리는 현대 과학에 원자가 등장한 이후 밝혀진 원자의 성질과 원자의 모습을 한 줄로 요약한 원리라고 할 수 있다.
배타 원리의 물리학적 근거를 제공해주는 개념은 전자의 스핀이다. 스핀은 질량과 함께 물질이 가지고 있는 가장 근본적인 성질이지만, 우리의 일상적인 감각으로는 경험하지 못하는 물리량이다. 그래서 스핀이란 개념은, 전자란 정말로 고전역학으로는 설명할 수도 이해할 수도 없는 양자역학적 존재라는 것을 말해준다. 양자역학은 우리의 감각으로는 느끼기 어렵고 수학을 통해서만 이해할 수 있다. 하지만 이 책에서는 양자역학의 건설자 중 한 사람이며 배타 원리를 발견한 파울리를 주인공으로 배타 원리와 스핀에 대해서 알아봄으로써 양자역학을 조금이나마 더 진하게 맛보고자 한다.


저자 소개

작가파일보기 관심작가알림 신청 저 : 이강영

1988년 서울 대학교 물리학과를 졸업하고 KAIST에서 입자 물리학으로 석사 학위와 박사 학위를 받았다. 박사 과정 중이던 1993년, LEP 가속기의 L3실험 그룹의 멤버가 되어 CERN에서 1년간 머물렀다. 1996년 힉스 입자를 비롯한 기본 입자 사이의 대칭성을 주제로 박사 학위를 받았다. 서울 대학교 이론 물리학 연구 센터, 연세 대학교 자연 과학 연구소, 고등 과학원 등에서 연구했고 KAIST 와 고려 대학교 물리학과의 연구 교수를 지냈다. 또한 한국 과학 영재학교에서 3년간 학생들을 지도했다. 지금까지 여분차원, 힉스 입자, CP대칭성, B 메손, 게이지 이론, 암흑 물질 등 입자 물리학의 여러 주제에 관해 박사 학위 논문인 「유카와 결합 상수에 내포된 플레이버 대칭성의 의미」를 비롯, 「LHC에서 좌우동형 모델에 나오는 전기를 띤 힉스 입자의 생성」, 「페르미온 암흑 물질의 가장 간단한 모형」 등 50여 편의 논문을 발표했다. 저서로는 『LHC 현대물리학의 최전선』, 『보이지 않는 세계』가 있다. 현재 경상대학교 물리교육과 교수로 재직하고 있다.

목차


01 물리학의 양심
파울리 가家 연대기 / 에른스트 마흐, 세기말 빈 / 빈의 신동 / 뮌헨대학 이론물리학 연구소 / 뮌헨의 젊은 대가 / 괴팅겐의 파울리 박사
02 원자와 빛의 노래
원자, 개념에서 실체로 / 분광학, 원자의 빛 / 제이만 효과, 빛과 자성 / 전자, 전기의 알갱이 / 러더퍼드 원자 속을 들여다보다 / 닐스 보어 생각하다 / 수소 원자의 양자론
03 숫자, 이론, 그리고 주기율표
보어 모형의 성공 - 피커링 계열 - 모즐리의 X선 스펙트럼 - 프랑크-헤르츠 실험 / 코펜하겐의 새 연구소 / 조머펠트의 새로운 숫자들 / 보어 축제 / 슈테른-게를라흐 실험 / 주기율표 / 보어-조머펠트 이론의 한계
04 배타 원리와 스핀
배타 원리의 탄생 / 레이든 대학 / 에렌페스트 / 호우트스미트와 울렌벡 / 크로니히 / 스핀! / 토머스 인수
05 양자역학을 들고 온 세 전령
하이젠베르크 / 슈뢰딩거 / 디랙 / 양자역학적 스핀 이론 / 슈테른-게를라흐 실험의 재해석
06 같음, 스핀, 그리고 통계법
엔리코 페르미 / 두 입자가 똑같다면 / 보즈와 아인슈타인 / 페르미-디랙 대 보즈-아인슈타인 / 디랙 방정식 / 빛의 스핀 / 어떤 통계법이 옳은가 / 디랙의 바다 / 스핀-
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책속으로

배타 원리, 스핀, 그리고 진짜 양자역학
“신은 세계를 창조하기 전에 배타 원리부터 만들어야 했다.”
- 프리먼 다이슨

세상 모든 원소의 구조와 성질을 하나의 표로 정리한 것이 주기율표다. 그래서 과학을 배우는 중고등학생이면 누구나 한번쯤 주기율표의 원소들을 나름의 규칙에 따라 외우곤 한다. ‘수리나칼루세프, 벨마카스바라…’ 어떤 원소가 상온에서 기체이고 어떤 원소가 액체인지, 어떤 원자의 반지름이 더 큰지 더 작은지도 이 표를 통해 알 수 있다. 많은 과학자들과 기술자들이 이 표를 활용하고 연구하는 까닭이기도 하다.
그러면 이 표는 어떻게 만들어진 걸까? 왜 원자번호 순으로 쭉 나열하지 않고, 주기와 족을 나눠서 2, 8,…개씩으로 구분하는 걸까? 왜 주기율표의 맨 왼쪽과 오른쪽 위는 그렇게 뿔처럼 두 개의 원소만 솟은 걸까?
이런 주기율표의 모양과 원소의 배열순서를 근본에서 결정하는 것이 바로 배타 원리다. 또한 원자가 인력에 의해 폭발하지 않을 수 있는 것, 그래서 결국 물질이 안정적으로 존재할 수 있는 것 자체가 바로 배타 원리 덕분이다. 우리는 배타 원리 때문에 꺼지지 않는 마룻바닥을 딛고 안전하게 걸을 수 있
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출판사 리뷰

배타 원리, 스핀, 그리고 진짜 양자역학
“신은 세계를 창조하기 전에 배타 원리부터 만들어야 했다.”
- 프리먼 다이슨

세상 모든 원소의 구조와 성질을 하나의 표로 정리한 것이 주기율표다. 그래서 과학을 배우는 중고등학생이면 누구나 한번쯤 주기율표의 원소들을 나름의 규칙에 따라 외우곤 한다. ‘수리나칼루세프, 벨마카스바라…’ 어떤 원소가 상온에서 기체이고 어떤 원소가 액체인지, 어떤 원자의 반지름이 더 큰지 더 작은지도 이 표를 통해 알 수 있다. 많은 과학자들과 기술자들이 이 표를 활용하고 연구하는 까닭이기도 하다.
그러면 이 표는 어떻게 만들어진 걸까? 왜 원자번호 순으로 쭉 나열하지 않고, 주기와 족을 나눠서 2, 8,…개씩으로 구분하는 걸까? 왜 주기율표의 맨 왼쪽과 오른쪽 위는 그렇게 뿔처럼 두 개의 원소만 솟은 걸까?
이런 주기율표의 모양과 원소의 배열순서를 근본에서 결정하는 것이 바로 배타 원리다. 또한 원자가 인력에 의해 폭발하지 않을 수 있는 것, 그래서 결국 물질이 안정적으로 존재할 수 있는 것 자체가 바로 배타 원리 덕분이다. 우리는 배타 원리 때문에 꺼지지 않는 마룻바닥을 딛고 안전하게 걸을 수 있다. 마룻바닥만이 아니다. 배타 원리가 없다면 항성들은 모두 중력에 의해 곧 블랙홀이 되고 말 것이다. 이렇게 배타 원리는 우주에 존재하는 모든 원자의 구조를 그려낼 수 있는 유일하고 결정적인 원리다
배타 원리는 20세기 전반에 활동했던 오스트리아 출신의 물리학자 볼프강 파울리가 발견했다. 이 책은 볼프강 파울리를 주인공으로 배타 원리의 탄생 과정과 배타 원리의 물리적 토대가 되는 스핀의 발견 과정을 한 편의 드라마처럼 보여준다.
20세기 초반은 닐스 보어, 알베르트 아인슈타인, 베르너 하이젠베르크, 폴 디랙, 아르놀트 슈뢰딩거, 볼프강 파울리 등 현대 물리학에 자신들의 이름을 수놓은 천재들이 자신들의 재기를 뽐내던 시기였다. 이들이 겪었던 돈독한 우정과 날카로운 경쟁, 어이없는 독선과 외골수의 아집, 놀라운 성과와 안타까운 좌절이 이 책에는 함께 담겨 있다. 도저히 따라 할 수 없을 것 같은 놀라운 직관을 가진 뛰어난 천재들로 우리를 압도하지만 이들 중에는 본받고 싶은 스승의 모습도 있고, 함께 어울리고 싶은 친구의 모습도 있고, 시대적 압박에 괴로워하던 시민의 모습도 있다. 물론 일자리를 찾지 못해 힘들어하다가, 어렵게
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