[물리학 클래식] 7/10 초전도성 이론 (1957)

물리학의 20세기 역사에서 가장 창의적이고, 역사를 바꾼 논문 10편을 골라 그 논문이 등장하게 된 역사적, 학문사적 맥락과 그 후의 영향에 대해 소개하는 「물리학 클래식」 

그 10편의 논문을 매일 한 편씩 공개합니다.

1. 알베르트 아인슈타인, 「움직이는 물체의 전기 동역학에 관하여」 (1905)

2. 어니스트 러더퍼드, 「물질에 의한 알파 및 베타 입자의 산란과 원자의 구조」 (1911)

3. 알베르트 아인슈타인, 「중력의 장 방정식」 (1915년)

4. 베르너 하이젠베르크, 「운동학적 역학적 관계들에 대한 양자 이론적 재해석」 (1925년)

5. 에드윈 허블, 「외계 은하 성운들의 선속도와 거리 사이의 관계」 (1929년)

6. 존 바딘, 월터 브래튼, 「트랜지스터, 3극 반도체」 (1948년)

일곱 번째 논문은 바로,

존 바딘, 리언 쿠퍼, 존 슈리퍼, 「초전도성 이론」 (1957년)

1911년 초전도 현상이 처음으로 관측된 이후 수많은 과학자들이 초전도체의 성질을 연구했고 초전도 현상의 근원을 이해하기 위해 노력했다. 1957년 존 바딘, 리언 쿠퍼(Leon N Cooper), 존 로버트 슈리퍼(John Robert Schrieffer), 이 세 사람이 쓴 「초전도성 이론(Theory of Superconductivity)」은 초전도 현상에 대한 가장 근원적인 이론으로 꼽힌다.1) 이들의 이론은 저자들의 이름을 따 ‘BCS 이론’으로 널리 알려졌다.

초전도체에는 전기 저항이 없기 때문에 일단 초전도체에 전류가 흐르기 시작하면 전류가 전력 손실 없이 계속 흐를 수 있다. 초전도체로 고리를 만들어 그 안에 전류를 흘리면 이 전류는 외부에서 전압을 유지해 주지 않아도 계속해서 흐른다. 실험에 따르면 이렇게 흐르는 전류의 수명은 약 10만 년 이상이다.

「초전도성 이론」은 고체 물리학뿐만 아니라 물리학 전반에 걸쳐 큰 영향을 미쳤다. 특히 1960년대 입자 물리학에 끼친 영향은 매우 주목할 만하다. 2008년 노벨 물리학상 또한 BCS 이론과 밀접한 관련이 있다. 그것은 바로 ‘자발적 대칭성 깨짐(spontaneous symmetry breaking)’이다. 어떤 물리적 계를 지배하는 이론은 대칭성을 가지고 있으나 계 자체에서는 대칭성이 (일부라도) 깨져 있을 때 우리는 대칭성이 자발적으로 깨져 있다고 말한다.

「물리학 클래식」 본문 중

일곱 번째 논문까지 공개하니, 이제 슬슬 끝이 보이는군요. 8~10번째 논문은 과연 어떤 것들일지 기대해 주세요. :-)

물리학 클래식

: 물리학 원전을 순례하다

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