Niels Henrik David Bohr (1885 ~ 1962) 물리학의 현대적 이해 13조 : 김은영, 김재성, 박찬석, 오길환, 이경민, 임승빈

차 례 보어의 일생 보어의 과학적 이론 에피소드

보어의 일생 1885년 코펜하겐에서 생리학 교수의 아들로 태어남 1903년 코펜하겐 대학에 들어가 물리학 공부 1906년 덴마크 학사원의 현상 논문에서 금메달 수상 1911년 논문 <금속의 전자론>으로 박사학위 받음 1912년 영국 케임브리지 대학의 톰슨 밑에서 공부 1913년 원자 구조를 다룬 세 편의 논문 발표 1916년 코펜하겐으로 돌아와 이론물리학 교수가 됨

보어의 일생(계속) 1920년 코펜하겐 대학 이론물리학 연구소 소장이 됨 ‘코펜하겐 그룹’을 이끔 1922년 ‘보어 모형’으로 노벨상 수상 1927년 ‘상보성’ 개념에 대해 언급 1934년 물방울에 비유한 원자핵 모형 제시 1936년 원자핵 이론의 개요 제시 1940년 나치의 덴마크 침공 1943년 미국으로 도피, 맨해튼 계획에 참가

보어의 일생(계속) 1947년 기사작위수여 1955년 코펜하겐 대학에서 은퇴 덴마크 원자력 위원회 의장 1957년 ‘평화를 위한 원자상’ 수상 1962년 사망

보어의 과학적 이론 보어 이전의 원자 모형 돌턴 톰슨 러더퍼드 쪼개지지 않는 공 모양 핵의 개념이 없는 푸딩모양 + 전하, - 전하가 고르게 섞인 모양 러더퍼드 핵과 전자 분리

보어의 과학적 이론(계속) 보어의 초기 원자 모형 태양계와 유사한 모양 원자핵과 양자 개념을 연결 정성적인 측면이 강한 모형 → 전자 운동의 정확한 이유를 제시하지 못함

보어의 과학적 이론(계속) 보어의 초기 원자 모형(계속) 전자는 특정한 궤도(띄엄띄엄의 일정한 에너지 상태)에만 존재 전자가 허용된 원궤도를 운동하는 동안은 에너지를 방출 또는 흡수하지 않는다.(고전 물리 부정)

보어의 과학적 이론(계속) 보어의 초기 원자 모형(계속) 전자가 에너지를 흡수하면 바닥 상태보다 에너지가 높은 상태(들뜬 상태)로 된다. 이 때 두 궤도 사이의 에너지 차이 (ΔE = E2-E1 ) 만큼의 에너지를 흡수 또는 방출한다.

보어의 과학적 이론(계속) 보어의 원자 모형의 발전 파울리의 배타원리 좀머펠트의 연구(보어의 원자론 + 새로운 양자조건) → 수소원자의 미세구조 해명, 선스펙트럼의 정확한 계산 제임스 프랑크와 구스타프 헤르츠의 실험(1925) → 보어의 원자 모형을 확증 보어의 초기 모형의 한계 → 2차원적 고리 구조 3차원 구조의 원자 모형의 필요

보어의 과학적 이론(계속) 3차원 원자 구조 발전 보어의 원자 구조의 위기 막스 보른의 ‘주사위형 원자모형’ 알프레드 란테의 ‘다면체 연합 전자 궤도 모형’ ‘대응 원리’를 바탕으로 3차원 원자 구조에 대해 논의 보어의 원자 구조의 위기 헬륨 원자 분석에 부적합 → 고전 양자론의 위기 행렬역학과 파동역학 등장

보어의 과학적 이론(계속) 보어와 아인슈타인의 논쟁 광양자 가설 논쟁 - 보어의 파동론적인 주장과 아인슈타인의 광양자 가설의 대립 - 발터 보테와 한스 가이거의 실험 → 아인슈타인의 승리 아인슈타인 : 하이젠베르크의 불확정성의 원리와 보어에 의해 대변되는 양자역학의 비결정론적인 성격에 불만 - ‘나는 신은 주사위 놀이를 하지 않는다고 확신한다’ 양자역학의 인과성과 실제성 문제에 대해 보어와 논쟁

에 피 소 드 닐스 보어의 기발한 시험 답안 유리 기구 깨뜨리기의 달인 프린스턴 대학의 한 세미나에서 기발한 시험 답안에 대한 에피소드입니다.. 나머지는 자료 참고하세요.. 덴마크의 한 대학에서 물리학 시험 답안을 두고 교수와 학생간에 실랑이가 벌어졌습니다. 기압계로 고층 건물의 높이를 재는 방법을 묻는 문제에 학생이 "건물 옥상에 올라가서 기압계에 줄을 매달아 아래로 늘어뜨린 뒤 그 길이를 재면 된다."고 답을 한 것이죠. 중재를 맡은 다른 교수는 그 학생에게 "6분을 줄 테니 물리학 지식을 이용한 답을 써내라."고 했습니다. 학생이 새로 써낸 답은, 기압계를 가지고 옥상에 올라가 아래로 떨어뜨린 후 낙하시간을 재고 '낙하거리〓1/2(중력가속도×낙하시간의 제곱)' 공식에 따라 높이를 구하는 것이었습니다. 처음에 0점을 주장한 교수는 이 답에는 높은 점수를 주었습니다. 중재역 교수는 학생에게 또 다른 답을 생각하지는 않았는지 물었습니다. 그러자 그 학생은 "옥상에서 바닥에 닿도록 긴 줄에 기압계를 추처럼 매달아 흔들어 그 진동주기를 통해 건물 높이를 알 수 있다."는 등 대 여섯가지 답을 제시해 교수를 놀라게 했습니다. 원래 문제의 출제 의도는 고도(高度)가 높아질수록 기압이 낮아지는 원리를 이용, 기압계로 지면과 건물 옥상의 기압차를 측정해 건물의 높이를 구하는 것이었습니다. 하지만 그 학생은 고등학교나 대학에서 늘 같은 답만을 가르치는 것이 마음에 들지 않았다고 합니다. 그 학생이 바로 닐스 보어(1885~1962)입니다. 그는 새로운 원자모델을 만들어 양자역학의 성립에 결정적인 역할을 한 공로로 1922년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 이 문제는 99학년도 서울대 지필고사에도 출제되었습니다. 보어가 당시 생각해낸 답 중에 스스로 가장 만족한 것은 "기압계를 건물 관리인에게 선물로 주고 설계도를 얻는다."였습니다. 우리나라에서도 이와 같은 답을 쓰고 서울대에 입학한 학생이 있었을까요? 프린스턴 대학의 한 세미나에서

발표를 마치며… Reference http://mulli2.kps.or.kr/~pht/8-11/991147.html http://home.postech.ac.kr/press/mss/c8/c8s0top.html http://cont1.edunet4u.net/cobac2/scientist/bohr.html http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel/list/b09b3626b.html http://my.dig.co.kr/users/ahnsi/home/a3.html http://pnarae.com/phil/category/sci/p7-3.htm http://nucl-a.inha.ac.kr/physics/mphys/m_new-phys.html 문명의 불을 밝인 과학의 선구자들 - 이세용 저   겸지사 사이언티스트 100 - 존 시몬스 저.  여을환 역  세종서적 20세기를 빛낸 과학의 천재들 - 에이브러햄 파이스 저. 이충호 옮김. 사람과 책 물리학을 뒤흔든 30년 -  G. 가모프,    전파과학사 현대물리학의 선구자 - 임경순 저 다산출판사 Niels Bohr, Gentle Genius of Denmark - Ray Spangenburg and Diane K.Moser, Facts On File출판 보어는 원자 구조에 양자 개념을 도입했다는 점, 그리고 거의 반세기 가까이 양자 역학을 이끌어 나갔다는 점에서 중요하다. 하지만 그 외에도, 물리학 연구에 있어서 협력을 중시한 점이나 물리학계의 국제적 협력을 증진하는데 애쓴 점등 또한 무시할 수 없을 정도로 중요하다.