상대성이론과 양자역학
가장 크고 빠른 세계(상대성)와 가장 작은 세계(양자)에서 뉴턴의 상식이 무너졌다. 공간·시간·확실성이 뒤흔들린 시대.
마리 퀴리·피에르 퀴리와 방사능
마리 퀴리와 피에르 퀴리가 폴로늄과 라듐을 공동 발견하고 '방사능'이라는 개념을 정립, 원자가 쪼개질 수 있음을 시사했다.
플랑크의 양자 가설
플랑크가 에너지가 연속이 아니라 '덩어리(양자)'로만 주고받아진다고 제안하며 양자역학의 문을 열었다.
아인슈타인의 광전효과
아인슈타인이 빛을 에너지 덩어리(광자)로 보면 금속에서 전자가 튀어나오는 이유가 설명된다고 발표했다.
아인슈타인의 특수상대성이론
무명의 특허청 직원 아인슈타인이 시간과 공간이 관측자에 따라 달라진다는 것을 보이고 E=mc²를 유도했다.
방사성 연대측정으로 지구의 나이를 밝히다
볼트우드가 우라늄-납 붕괴비로 암석을 분석해 일부 암석이 22억 년 이상임을 밝히며, 지구 나이가 수십억 년에 달한다는 첫 직접적 증거를 제시했다.
대륙이동설 — 대륙은 움직인다
베게너가 아프리카와 남아메리카의 해안선·화석·지층이 일치함을 근거로, 모든 대륙이 한때 하나의 거대 대륙(판게아)이었다가 갈라져 이동했다고 주장했다.
보어의 원자 모형
보어가 전자가 정해진 궤도에서만 돌며 양자 도약을 한다는 원자 모형을 제시했다.
브래그 법칙 — X선으로 결정 구조를 읽다
윌리엄 로렌스 브래그가 결정격자 면에서 X선이 보강 간섭하는 조건을 nλ = 2d sinθ로 기술했다. 아버지 윌리엄 헨리 브래그와 함께 X선 결정학의 기초를 놓아 1915년 노벨 물리학상을 공동 수상했다.
프랑크-헤르츠 실험
제임스 프랑크와 구스타프 헤르츠가 전자-수은 충돌 실험으로 원자의 에너지 준위가 불연속적임을 직접 증명했다.
아인슈타인의 일반상대성이론
아인슈타인이 중력을 '힘'이 아니라 질량이 시공간을 휘게 만든 결과로 설명하며, 뉴턴의 중력 법칙을 200년 만에 더 깊은 이론으로 대체했다.
극전선 이론 — 현대 일기예보의 탄생
빌헬름 비에르크네스와 베르겐 학파가 차갑고 따뜻한 기단의 충돌 경계를 '전선(front)'으로 정의하고, 저기압 생성·발달의 체계적 모델을 제시해 현대 기상학의 기초를 놓았다.
에딩턴의 일식 원정
아서 에딩턴이 1919년 개기일식 동안 태양 가장자리를 지나는 별빛이 예측대로 휘는 것을 관측해 일반상대성이론을 극적으로 입증했다.
러더퍼드의 인공 핵변환
어니스트 러더퍼드가 알파 입자를 질소 원자핵에 충돌시켜 산소-17과 양성자를 만들어 내며, 인류 최초의 인공 핵변환에 성공했다.
밀란코비치 주기 — 궤도가 빙하기를 만든다
밀루틴 밀란코비치가 지구 공전궤도 이심률·자전축 기울기·세차운동의 주기적 변화가 태양 일사량을 조절해 빙하기·간빙기를 유발한다는 수학적 이론을 완성했다.
슈테른-게를라흐 실험
오토 슈테른과 발터 게를라흐가 원자 빔을 불균일 자기장으로 통과시키면 두 갈래로 갈라짐을 발견해 각운동량의 양자화를 입증했다(스핀 해석은 1925년 울렌벡·하우드스미트에 의해 확립).
콤프턴 효과
아서 콤프턴이 X선을 전자에 산란시키면 파장이 늘어난다는 실험으로 광자가 운동량을 가진 입자임을 증명했다.
보스–아인슈타인 통계 — 구별 불가능한 입자들의 양자 세계
사티엔드라 나트 보스가 광자를 구별 불가능한 입자로 취급하는 새 통계를 유도해 아인슈타인에게 보냈고, 아인슈타인이 이를 물질 입자에 확장해 보스–아인슈타인 통계를 완성했다.
드브로이의 물질파
루이 드브로이가 빛이 파동이자 입자이듯 전자 같은 입자도 파동의 성질을 가진다고 제안해, 물질과 파동의 경계를 허물었다.
파울리의 배타 원리
볼프강 파울리가 두 전자는 같은 양자 상태를 동시에 점유할 수 없다는 원리를 발표해, 주기율표의 구조와 원소별 화학 성질을 해명했다.
보른의 확률 해석
막스 보른이 슈뢰딩거의 파동함수 |ψ|²가 입자를 발견할 확률 밀도를 나타낸다고 해석해 양자역학의 확률론적 세계관을 확립했다.
슈뢰딩거의 파동방정식
에르빈 슈뢰딩거가 전자를 확률적 파동으로 기술하는 방정식을 수립해, 양자역학에 정확한 수학 언어를 부여했다.
하이젠베르크의 불확정성 원리
베르너 하이젠베르크가 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수 없다는 원리를 밝혀, 뉴턴적 결정론에 근본적인 한계가 있음을 선언했다.
르메트르의 팽창 우주 — 허블보다 앞선 예측
벨기에의 신부 물리학자 조르주 르메트르가 팽창하는 우주 방정식을 풀어 은하들의 후퇴 속도가 거리에 비례함을 예측, 허블보다 2년 앞서 팽창 우주를 수식으로 기술했다.
디랙 방정식과 반물질 예측
폴 디랙이 상대성이론과 양자역학을 통합한 방정식을 발표했고, 이 방정식의 해로부터 전자의 반입자(양전자)가 존재해야 함을 예측했다.
가모프의 양자 터널링 이론
조지 가모프가 알파 붕괴를 설명하기 위해 양자 입자가 고전적으로 통과 불가능한 에너지 장벽을 확률적으로 빠져나올 수 있음을 슈뢰딩거 방정식으로 밝혔다.
라만 효과 — 빛이 물질의 지문을 드러내다
C. V. 라만이 단색광이 분자와 비탄성 충돌할 때 산란 빛의 진동수가 변하는 현상을 발견했다. 이 진동수 변화는 분자의 고유 진동 에너지를 반영해 물질 동정(同定)의 강력한 비파괴 도구가 됐다.
찬드라세카르 한계 — 별의 죽음을 결정하는 임계 질량
수브라마냔 찬드라세카르가 양자역학과 특수 상대론을 결합해 백색 왜성이 지탱할 수 있는 최대 질량이 태양 질량의 약 1.44배임을 계산했다. 이 한계를 넘으면 중성자별이나 블랙홀로 붕괴한다.
파울리의 중성미자 예측
볼프강 파울리가 베타 붕괴에서 에너지가 사라지는 것처럼 보이는 역설을 해결하기 위해 거의 상호작용하지 않는 새 입자—중성미자—의 존재를 편지로 예언했다.
사이클로트론 발명
어니스트 로런스가 자기장을 이용해 입자를 나선형으로 반복 가속하는 사이클로트론을 발명해 핵물리학 실험의 새 시대를 열었다.
앤더슨의 양전자 발견 — 반물질의 첫 증거
칼 앤더슨이 안개 상자로 우주선을 분석하다 전자와 질량이 같지만 양전하를 띤 입자를 촬영했다. 디랙이 이론으로 예측한 반전자(양전자)가 처음으로 실험에서 확인됐다.
채드윅의 중성자 발견
제임스 채드윅이 원자핵 속에 전하 없이 숨어 있던 새 입자 '중성자'를 실험으로 증명해, 원자핵의 완전한 그림을 완성했다.
가속 입자로 원자핵을 쪼갠 최초 — 콕크로프트·월턴 실험
존 콕크로프트와 어니스트 월턴이 고전압으로 가속한 양성자를 리튬에 충돌시켜, 사람이 가속한 입자로 원자핵을 쪼갠 최초의 실험에 성공했다. 이 과정에서 질량·에너지 등가를 실험으로 직접 확인했다.
체렌코프 복사 발견
파벨 체렌코프가 방사선을 쬔 액체에서 푸른빛이 나오는 새로운 현상을 발견했다. 이 빛은 입자가 매질 속 빛의 속도를 초과할 때 발생하는 전자기 충격파임이 이론적으로 밝혀졌다.
페르미의 베타 붕괴 이론
엔리코 페르미가 파울리의 중성미자 가설을 토대로 베타 붕괴를 기술하는 약한 상호작용 이론을 수립하고, 자연의 네 번째 기본 힘에 대한 최초의 수학적 틀을 제시했다.
리히터 규모 — 지진의 크기를 숫자로
찰스 리히터와 베노 구텐베르크가 공동으로 지진파 최대 진폭의 로그값과 기준 진폭의 차이로 규모(M)를 정의해, 지진의 에너지를 객관적인 숫자 하나로 비교할 수 있는 첫 표준 척도를 만들었다.
중간자 예측 — 핵력의 매개 입자
유카와 히데키가 원자핵 안에서 양성자와 중성자를 결합시키는 핵력을 매개하는 새로운 입자(중간자)의 존재를 예측하고 그 질량을 전자의 약 200배로 추정했다.
핵분열 발견
오토 한과 프리츠 슈트라스만이 1938년 12월 베를린에서 실험으로 우라늄 핵분열을 확인했고, 망명 중이던 리제 마이트너가 조카 오토 프리슈와 함께 이를 이론적으로 핵분열로 해석했다.
페르미와 최초의 원자로
엔리코 페르미가 시카고 대학 스쿼시 코트 지하에서 세계 최초의 제어된 핵분열 연쇄반응(CP-1)에 성공해, 원자의 에너지를 인류가 처음으로 통제했다.
트리니티 실험 — 최초의 핵폭발
로버트 오펜하이머가 이끈 맨해튼 프로젝트 팀이 뉴멕시코 사막에서 인류 최초의 핵폭발 장치(플루토늄 내파형)를 성공적으로 폭발시켰다.