세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 반입자

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
반입자를 예언한 물리학자 디랙 _체임벌린 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남 | 미적분의 역사
미분과 적분의 발견 _뉴턴과 라이프니츠
역삼각함수 _삼각함수의 역함수
뉴턴의 일반화된 이항정리 _n이 자연수가 아닌 경우
삼각함수의 무한급수 표현 _다른 꼴로 나타내기
오일러 공식 _오일러 수로부터
뉴턴의 미분방정식 _함수의 미분을 포함하는 방정식
편미분 _변수가 둘 이상인 함수에 대해서

두 번째 만남 | 3차원에서의 역학
3차원에서 뉴턴 역학 _3차원 공간으로의 확장
라플라스 _나폴레옹 시대의 위대한 수학자

세 번째 만남 | 제이만 효과
양자론의 탄생 _불연속적인 에너지를 갖는 기묘한 입자
제이만 효과의 발견 _수소의 새로운 선스펙트럼
슈타르크 효과 _수소에 전기장을 걸어주면
새로운 양자수 등장 _제이만 효과의 이론적 설명
양자역학의 탄생 _양자를 묘사하는 물리학
보른의 확률 해석 _물리적인 연산자와 파동함수
구좌표계 _3차원 공간을 다르게 나타내기
각운동량 연산자 _각운동량의 변화
수소 문제 _수소 원자핵 속으로
세 개의 양자수로 묘사되는 전자 _궤도함수
자기장 속에서의 슈뢰딩거 방정식 _자기력을 받는 전자의 운동

네 번째 만남 | 스핀의 탄생
제4의 양자수 등장 _비정상 제이만 효과를 설명하는 물리 모델
제4의 양자수 발견 _슈테른과 게를라흐의 실험
파울리의 배타원리 _하나의 상태에 있을 수 없다
행렬의 발견 _수를 직사각형 모양으로 배열하다
파울리의 논문 속으로 _스핀을 양자역학에 도입하다

다섯 번째 만남 | 디랙 방정식과 반입자의 발견
클라인과 고든의 시도 _전자의 운동에 특수상대성이론을 적용하면 어떻게 될까?
디랙의 등장 _슈뢰딩거 방정식과 특수상대성이론의 결합
디랙의 노새 입자 _힘이 작용한 방향으로 속도가 줄어든다
디랙의 논문 속으로 _새로운 방정식
디랙의 구멍이론 _디랙의 바다에 생긴 구멍
양전자의 발견 _디랙이 예언한 전자의 반입자
반물질의 발견 _새로운 반입자를 찾는 실험

만남에 덧붙여
On the Quantum Mechanics of Magnetic Electrons _파울리 논문 영문본
The Quantum Theory of the Electron _디랙 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

라이프니츠가 적분을 생각하게 된 동기는 포도주를 숙성하는 오크 통의 부피를 측정하기 위해서였다. 그는 미분과 적분 연구 결과를 1684년 독일 학회에 발표했다. 그런데 뉴턴이 1669년 작성한 논문 <무한급수에 의한 해석에 관하여>에 이미 미분과 적분 아이디어가 들어 있었다. 라이프니츠는 자신과 뉴턴의 방법이 서로 상이하여 크게 신경 쓰지 않았다. 하지만 영국 학회의 생각은 달랐다. 영국 학회는 라이프니츠가 뉴턴의 논문을 베꼈다고 주장했다. 라이프니츠는 이 일로 크게 상처받고 우울증에 빠졌다. 1711년부터 죽을 때까지 그는 미분과 적분을 뉴턴과 독립적으로 발견했는지, 아니면 원래 뉴턴의 아이디어를 다른 표기법으로 쓴 것뿐인지에 대해 논쟁을 계속할 수밖에 없었다.

1769년에 19세의 라플라스는 수학을 배우기 위해 파리로 가서 수학자 달랑베르를 만났다. 달랑베르는 라플라스를 매우 귀찮아해서 두꺼운 수학책을 던져주고는 이걸 다 읽으면 만나자고 했다. 며칠이 안 되어 라플라스가 찾아오자 달랑베르는 화를 냈다. 단 며칠 만에 그 책을 읽었을 리 없다고 생각한 것이다. 하지만 책 내용을 질문하자 라플라스는 거침없이 대답했고, 결국 달랑베르에게 인정받았다.