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원자의 세계를 발견한 찰스 윌슨 이야기

안개를 사랑한 괴짜 물리학자 찰스 윌슨과 과학 역사상 가장 독창적인 실험도구로 알려진 안개상자에 관한 이야기다. 스코틀랜드 출신의 과학자 찰스 윌슨은 안개상자를 통해 물질을 구성하는 기본 요소인 원자의 존재를 세상에 입증했다. 그리고 안개상자로 새롭게 발견한 과학적 성과 덕분에 15명의 과학자가 노벨상을 받을 수 있었다. 안개 연구에서 노벨 물리학상까지 우리가 모르는 신비로운 원자의 세계로 들어가 보자!

원자의 존재를 입증한 물리학자 찰스 윌슨
우리는 물질의 세계에서 살고 있다. 의자와 탁자, 나무로 된 국자와 요리용 냄비, 그리고 스마트폰에 이르기까지. 우리에게 익히 알려진 이러한 물질 외에 이 세상에는 원자로 이루어진 세계가 있다. 원자의 세계는 과연 어떤 모습일까? 우리가 흔히 떠올리는 원자의 이미지는 동그란 모양의 덩어리가 뭉쳐져 있는 정지된 모습이다. 그런 이미지 말고 원자에 대해 떠오르는 다른 이미지가 없을 것이다. 그래서 원자의 세계도 정지된 상태라고 생각할 수도 있다. 우리가 원자를 눈으로 본 적이 없으니 당연하다. 과학자들도 원자의 세계에 대해서는 추측만 했을 뿐 제대로 알 수가 없었다. 그런데 물질을 구성하는 기본 요소인 원자의 움직임을 최초로 확인한 과학자가 나타났다.

과학 역사상 가장 훌륭하고 독창적인 도구인 ‘안개상자’
눈에 보이지 않는 원자의 움직임을 확인하기 위해 유럽 입자물리연구소의 강입자가속기처럼 ‘엄청난 비용이 들어가고 커다란 장비가 필요하지 않았을까’라고 생각할 수도 있겠지만, 원자의 움직임을 발견한 발명품은 안개상자라고 불리는 생각보다 저렴하고 단순한 도구이다. 안개상자는 원래 말 그대로 안개와 구름 연구를 위한 도구였지만, 물질의 세계와 원자의 세계가 만나는 지점이기도 했다.
안개상자가 ‘과학 역사상 가장 훌륭하고 독창적인 도구’라 불린 데는 그럴 만한 이유가 있다. 바로 물질에 대한 우리의 이미지를 혁신시켰기 때문이다. 정지된 것처럼 보이는 모든 물질과 자연 속에서도 원자는 끊임없이 움직이고 있다는 사실을 알려주었다. 그리고 안개상자를 이용하여 새롭게 발견한 과학적인 성과로 인해 15명의 과학자가 노벨상을 받을 수 있었다. 그중 첫 번째 노벨상은 1927년, 스코틀랜드 출신의 과학자에게 돌아갔다. 양치기의 아들이었던 찰스 윌슨이 안개상자를 발명함으로써 세계에서 가장 권위 넘치는 상을 받은 것이다.

위대한 발견을 위해 꼭 필요했던 것
이런 엄청난 업적을 이룬 찰스 윌슨은 노벨상이나 성공을 위해서 안개상자를 발명했던 게 아니다. 그는 십 대 시절에 경험한 자연의 아름다움이 그를 과학으로 이끌었다고 여러 번 회고했다. 구름과 안개와 사랑에 빠져서 오직 그것들을 더 이해하기 위해 과학을 탐구했고, 연구와 실험을 끝없이 반복했다. 안개상자를 발명하고 바로 원자의 움직임을 발견했던 것도 아니었다. 안개상자를 발명하고 그는 적당히 실험하고 연구를 끝낼 수도 있었다. 하지만 그는 계속해서 안개와 구름을 관찰했다.
위대한 과학적 발견을 이루기 위해서는, 순간을 포착하여 예상치 못한 것을 인지하기 위한 인내와 끈기가 필요하다. 그의 획기적인 발견에는 길고 긴 데이터 분석이나 복잡한 수학 방정식이 필요 없었다. 오직 자신이 사랑하는 것을 이해하기 위한 탐구와 관찰이 전부였다. 이 책을 읽는 독자들은 원자의 세계에 대한 이해뿐만 아니라 우리 주변의 모든 곳에 과학이 숨겨져 있고, 과학 또한 인내와 끈기 그리고 사랑이 기본이라는 사실을 깨닫게 될 것이다.

위스키에서 원자까지 9
얼간이 같은 옷차림: 북녘의 오합지졸들 11
성취의 두더지굴: 스코틀랜드인의 안개에 대한 감각 23
별을 향해 손을 뻗지만 결국 우리가 잡는 건 구름일 뿐: 벤네비스산 위의 윌슨 37
우리가 가진 최고의 것, 첩첩산중: 원자로 가는 창문을 발견한 윌슨 47
우리는 웃으며 노래 부를 거야: 윌슨의 안개상자가 전 세계에 통하다 68
우리가 꿈꾸는 것은: 고원으로 돌아가다 84
그래, 이것도 나쁘지 않아: 안개가 걷히고 있다 93
구름 실험 99
참고문헌 134
감사의 말 138