방사선 물질의 붕괴와 원소의 변환 증명, 원자핵의 발견, 인위적 원소 붕괴 연구, 중성자의 예견 등 러퍼퍼드는 모두 열거하기 힘들 만큼의 주요한 업적을 세웠다. 그는 핵물리학이라는 미개척 세계를 통해 스스로의 힘으로 뉴질랜드 시골 변방에서 케임브리지라는 과학 세계의 중심지로 여행한 개척자였다.
물리학계의 연금술사
러더퍼드는 1871년 뉴질랜드 남섬 넬슨 항 근처에서 농부의 아들로 태어났다. 소박하고 똑똑하고 명랑하면서 실험을 좋아하던 소년은 나라에서 제공하는 장학금을 받고 케임브리지로 향하면서 과학 세계로 한 발짝 다가섰다. 캐번디시 연구소에서 톰슨의 지도 아래 당시 한창 관심의 대상이던 엑스(X)선과 처음 발견된 방사능에 대한 연구를 시작했다.
물질은 절대 다른 종류로 변화될 수 없을까?
500년 전, 유럽에는 흔한 금속을 금으로 바꿀 수 있다고 믿는 연금술사들이 활동했다. 그러나 그들의 빛나는 꿈은 결국 실패했다. 단순히 꿈이 허황되고 불손한 의도에서 시도했기 때문이 아니라, 물질의 변환 과정은 그들의 능력을 훨씬 넘어서는 고도의 기술이 요구되었기 때문이다. 덕분에 연금술사는 곧 사기꾼이라는 등식이 성립했다. 그러나 정말 그 꿈은 이룰 수 없을까?
러더퍼드는 알파선을 방출하며 변화하는 화학종을 발견했다. 원소가 다른 원소로 변화한 것이다. 물질은 변화하지 않는다고 믿던 종래의 물질관을 타파하는 위대한 발견이었다. 맥길 대학교와 맨체스터 대학교에서 계속적인 연구를 통해 원소가 자연 붕괴하여 다른 원소로 변환한다는 사실을 증명하여 1908년 노벨 화학상을 수상했다. 그는 자연 자체가 연금술사이며 금속을 기체로 그리고 다시 고체로 변환시킬 수 있다는 것을 입증했다. 또한 라듐에서 나오는 선들과 입자가속기에서 나오는 광선을 가지고 자신이 연금술사의 역할을 하기도 했다.
미지의 원자 모형으로 여행을 떠난 마오리 전사
‘원자의 자살보다도 이상하고, 대포알이 휴지 한 장에 의해서 도로 튀어나온 것만큼 기괴하다. 광속에 가까운 속도로 헤치고 달려오는 큰 전하를 가진 입자를 되돌려 보낼 수 있는 강한 힘이 원자 어디에 자리하고 있을까?’
러더퍼드는 금속 막에 알파 입자가 충돌하여 되돌아오는 현상을 관찰하여, 당시 톰슨이 발표한 원자 모형처럼 양성자가 원자 내부에 골고루 퍼져 있는 것이 아니라, 핵의 형태로 한 곳에 모여 있다는 것을 발견했다. 그래서 원자핵이 존재하며 주위에 전자가 돌고 있다는 원자 구조에 대한 혁신적인 가설을 세웠다. 이는 현재 우리가 알고 있는 원자 모형의 토대가 된다.
러더퍼드는 이 외에도 방사선 붕괴와 동위 원소 및 원자 번호의 개념을 해결하는 눈부신 기간 동안 실험적, 이론적 발견을 하려는 젊은 과학자들에게 영감을 주었다. 그리고 43살밖에 안 되었지만 경력의 최고 자리에 이미 올라섰다. 톰슨이 물러난 캐번디시 연구소의 소장이 된 러더퍼드는 물리학의 중심에서 노련한 연구자와 풍부한 재정적 지원을 받아 물리학계를 이끌어 갔다. 파울러, 콕크로프트, 카피차, 파울러, 보어 등 현재 이름만 들어도 쟁쟁한 연구진들과 함께 원자핵 연구에 몰두하여 중성자의 발견을 예견하고, 핵반응을 일으키기 위해 노력했다.
러더퍼드는 행동하는 호전적인 마오리 전사와 같았다. 항상 자신이 탐구하는 지식을 향해 행동할 준비를 하고 있었다. 많은 과학자들이 거의 모든 물리학 법칙이 이미 발견되었다고 믿던 종래의 믿음을 깨고, 원자물리학과 핵물리학이라는 분야에서 핵심적인 역할을 하며 새로운 영역을 개척한 현대 과학의 선구자라 할 수 있겠다.
중고단행본
바보 빅터
