앤 드루얀 코스모스 6 - 제10장 두 원자 이야기(퀴리부부, 맨해튼 프로젝트)

앤 드루얀의 <코스모스: 가능한 세계들>은 우주와 생명의 기원, 과학의 발전, 그리고 인류의 미래에 대한 깊은 통찰을 담고 있는 책이다. 책은 우주의 구조, 생명의 기원, 지구 환경 변화, 우주 탐사, 그리고 과학과 인류의 관계를 다루며, 우리가 살아가는 세계를 더 깊이 이해할 수 있도록 돕는다. 여기에서는 지난 시간에 이어서 앤 드루얀의 <코스모스: 가능한 세계들>의 제10장 두 원자의 이야기(퀴리부부, 맨해튼 프로젝트)에 대하여 알아보고자 한다. 

 

제10장 두 원자의 이야기

제10장 두 원자의 이야기에서는 우라늄(Uranium)과 탄소(Carbon) 원자를 중심으로 이야기가 전개되며, 우주의 기원과 진화, 그리고 그 속에서 원자들이 어떻게 형성되고 변화해 왔는지를 탐구한다. 이 장에서는 빅뱅(Big Bang) 이후 원자들이 생성되는 과정과, 시간이 흐르면서 별과 행성, 생명체의 구성 요소로 변해가는 과정을 설명한다. 특히, 수소와 헬륨 원자가 우주의 초기 단계에서 어떻게 형성되었으며, 이후 초신성 폭발을 통해 더 무거운 원소들이 만들어지는 과정을 언급한다. 이 장에서는 탄소 원자에서 진화한 인류가 우라늄 원자를 발견하고 원자폭탄을 개발하는 과정을 통해 과학 기술의 발전과 그 윤리적 문제에 대하여 성찰한다.

 

· 우주의 기원과 원자의 형성 
약 100억~200억 년 전 빅뱅(Big Bang)이라는 대폭발이 발생하며 우주가 시작되었다. 초기 우주는 강력한 복사와 고온, 고밀도의 물질로 가득 차 있었으며, 이때 수소와 헬륨 원자가 먼저 형성되고 시간이 지나면서 냉각되었다. 헬륨 원자핵이 다른 헬륨 원자핵 2개와 융합해 탄소 원자핵이 만들어진다. 이후 초신성 폭발을 통해 양성자와 중성자 226개가 탄소 원자핵과 융합해 우라늄 원자핵이 만들어진다. 탄소 원자에서 생명의 기원이 되는 DNA가 탄생하였으며, 무거운 우라늄 원자는 지구 내부 깊숙이 들어갔다. 우주는 팽창하면서 밀도가 높은 지역에서 은하와 별이 형성되었다. 별 내부에서는 핵융합 반응이 일어나며, 더 무거운 원소들이 생성되었다. 우주는 계속 팽창하다가 냉각될 것이다. 

 

· 퀴리 부부

퀴리 부부는 역사상 가장 유명한 부부 과학자이다. 피에르 퀴리(1859~1906)는 프랑스 출신의 물리학자로, 압전 효과와 자성 연구에서 중요한 발견을 했다. 부인인 마리 퀴리(1867~1934)는 폴란드 출신의 화학자로 1898년 역청 우라늄석을 정제하여 새로운 방사성 원소인 라듐(Radium)과 폴로늄(Polonium)을 발견한다. 이들은 자발적으로 에너지를 방출하는 데 이를 '방사능'이라 명명하고, 원소 주기율표에 추가하고 방사능 연구를 개척했다. 1903년 피에르와 마리는 노벨 물리학상을 공동 수상했으며, 마리는 1911년 노벨 화학상을 추가로 받으며 역사상 최초로 두 개의 노벨상을 받은 인물이 되었다. 퀴리 부부의 연구는 현대 핵물리학과 의학에 큰 영향을 미쳤으며, 특히 방사선 치료법 개발에 기여했다.

 

· 레오 실라르드

SF 과학 소설 작가 허버트 조지 웰스는 1914년에 출간한 소설 <해방된 세계>에서 연쇄 핵반응을 이용한 폭탄인 원자폭탄이라는 말을 최초로 사용한다. 헝가리 태생의 미국 물리학자 레오 실라르드(1898~1964)는 원자핵의 세계에서는 연쇄 핵반응을 일으켜 원자 폭탄을 만들 수 있다는 사실을 알게 되었다. 1839년 4월 독일의 과학자 파울 하르테크는 아돌프 히틀러 총통에게 원자폭탄의 제조 가능성을 알렸지만 히틀러는 유태인 물리학자들을 탄압하고 있었다. 1939년 8월 실라르드는 알베르트 아인슈타인과 함께 미국 대통령 프랭클린 루스벨트에게 핵무기 개발의 필요성을 강조하는 편지를 보낸다. 그 결과 1942년 핵무기 개발 프로그램인 '맨해튼 프로젝트'가 시작된다. 러시아에서도 물리학자 게오르기 니콜라예비치 플료로프가 지도자 이오시프 스탈린에게 원자폭탄의 제조 가능성을 알렸지만, 스탈린은 독일의 침공으로 궁지에 몰려 핵개발을 고려할 수 없었다. 

 

· 맨해튼 프로젝트

제2차 세계대전 중인 1942년부터 1946년까지 핵폭탄 개발 프로그램인 맨해튼 프로젝트(Manhattan Project)가 진행된다. 이 프로젝트는 핵분열을 이용한 강력한 무기를 개발하여 전쟁에서 우위를 확보하는 목적으로 미국 육군 공병대가 주도하고 영국과 캐나다가 공동으로 참여한다. 대표적인 과학자들로 레오 실라르드는 핵 연쇄 반응 개념을 최초로 제안하였으며, '원자폭탄의 아버지'라고 불리는 J. 로버트 오펜하이머는 프로젝트의 과학 책임자로서 연구를 총괄하며 원자폭탄 개발을 이끌었다. 또한 엔리코 페르미는 최초의 핵 연쇄 반응을 성공적으로 실험하였으며, 에드워드 텔러는 이후 수소폭탄 개발에 기여하였다. 그 외에도 많은 과학자들이 참여하였다. 그 결과 1945년 7월 16일 뉴멕시코에서 최초의 핵폭발 실험인 '트리니티 실험'이 성공한다. 우라늄-235 기반의 포신형 핵폭탄 '리틀 보이'(Little Boy)와 플루토늄-239 기반의 내폭형 핵폭탄 '팻 맨'(Fat Man)이 개발된다. 1945년 8월 6일 히로시마에 리틀 보이, 1945년 8월 9일 나가사키에 팻 맨이 투하되자, 일본은 항복하고 제2차 세계대전이 종결된다. 이후 4년도 못되어 소련이 원자 폭탄을 만들어 냉전이 시작되며 핵무기 개발 경쟁이 가속화되었다. 맨해튼 프로젝트는 현대 핵물리학과 원자력 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다. 이 프로젝트에 참가하였던 과학자들 중에 레오 실라르드, 알베르트 아인슈타인, 조지프 로트블랫 등은 핵무기의 위험성을 경고하고, 핵확산 방지와 핵에너지의 평화적 이용을 위한 국제적 협력에 중요한 역할을 했다. 

 

· 플레 화산 폭발

1902년 5월 8일 카리브해의 마르티니크 섬에서 발생한 대규모 화산 폭발로, 20세기 최악의 화산 재해 중 하나이다. 엄청난 굉음과 함께 폭발이 일어나며 화산쇄설류가 도시를 덮쳐, 주요 도시 생피에르가 완전히 파괴되어 약 28,000~30,000명이 사망했다. 이때 지하 감옥에 갇혀 있던 루이 오귀스트 실바리스가 극적으로 살아남아 이후 서커스단에서 활동한다. 이 화산 폭발은 자연재해의 위험성과 대비의 중요성을 보여주는 대표적인 사례로, 이후 화산학이라는 신생 과학분야가 생겨난다. 

 

※ 지면관계상 이어지는 내용은 다음 시간에 계속하겠습니다.

코스모스 7 - 11장 생명 거주가능 영역, 12장 인류세 살다, 13장 가능한 세계

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