꿈의 물질, 초전도

양자역학이 만들어내는 초전도 현상은 보는 이에게 다양한 상상을 이끌어낸다.

"공중에서 뜨는 초전도 현상을 이용하면 영구기관을 만들 수 있지 않을까요? 한번 돌려놓으면 영원히 떠서 돌아가는 물레방아 같은 것 말입니다."

"초전도 공중부양 현상은 반중력 현상입니까, 아니면 반자장 현상입니까? 초전도체가 반자장으로 지구 자기장을 막아낼 수 있다면 초전도 현상을 이용해서 미확인 비행물체(UFO, Unidentified flying object)와 같은 것을 만들 수 있지 않을까요?"



청소년과 대학 초년생을 위한 과학교양도서인 본서는 한국을 대표하는 세계적인 재료과학자인 김찬중 박사가 초전도 연구 30년을 통해 습득한 지식을 정리해서 집필한 책이다. 이 책의 1부는 100여 년 전에 발견된 이후의 현재까지의 초전도 연구역사와 다섯 차례의 노벨 물리학상 수상, 2부는 고온 초전도체의 발견 이후의 고온 초전도 현상을 밝혀내려는 연구자들의 노력과 연구 중에 발생한 에피소드, 3부는 청소년과 과학교사를 위한 초전도 현상(마이스너 효과와 자력의 끈)을 이용한 다양한 과학시연 방법에 대한 설명을 담고 있다. 본 도서가 과학에 꿈과 희망을 갖고 있는 청소년들의 창의성 향상에 도움을 줄 것으로 확신한다.



저항 없이 전기가 흐르는 신기한 과학현상인 '초전도(Superconductivity)'는 네덜란드의 물리학자인 오네스에 의해 처음 발견되었다. 그 후 100여 년 동안 오네스(네덜란드), 조셉슨(영국), 바딘-쿠버-슈리퍼(BCS, 미국), 베드노르즈와 뮬러(독일/스위스), 그리고 아브리코소프(구소련)까지 노벨 물리학상 수상자를 다섯 번이나 배출했다. 인류가 100년이란 긴 세월을 초전도란 주제에 대해 연구했지만 아직도 초전도 현상의 정체에 대해 완전히 이해하지 못하고 있다. 1972년 초전도 현상을 이론적으로 설명한 BCS이론이 노벨 물리학상을 받음으로써 초전도의 모든 것이 설명된 것처럼 보였다. 하지만 1986년에 BCS 이론을 설명할 수 없는, 상상할 수 없는 높은 온도에서 초전도가 되는 물질이 발견됨으로써 인간이 자연계에 대해 알고 있는 지식이 얼마나 보잘것없는지가 판명되었다. 고온 초전도체의 발견은 전세계 과학계를 강타했다. 당사자인 베드노르즈와 뮬러는 논문을 발표한 지 단지 1년 후인 1987년에 노벨 물리학상을 받았다. 이후 선진 각국은 일제히 고온 초전도를 연구하기 위해 막대한 정부예산을 투입했고, 과학자들은 초전도 현상의 신비를 밝히기 위해 연구에 매진하였다. 그리고 초전도 현상의 규명과 상온 초전도체를 발견하기 위한 연구자들의 노력은 현재진행형이다.

프롤로그-꿈의 물질, 초전도 | 004

Part 1 초전도의 역사와 노벨 물리학상

초전도의 시작-카멜링 오네스 | 014

완전반자성-마이스너(Meissner) 효과 | 022

실망스러운 제1종 초전도체 | 031

제2종 초전도체, 자기장과 타협하다 | 036

BCS 이론, 초전도 현상을 설명하다 | 050

조셉슨, 양자소자를 제안하다 | 061



Part 2 고온 초전도의 발견과 그 이후

고온(高溫) 초전도체의 발견 | 072

과학계, 흥분과 혼란 속으로 | 081

녹색가루(Green powder) 사건의 전말 | 100

초전도, 파티는 끝났는가? | 108

녹색물질도 쓸모가 있네 | 120

씨앗을 심자 | 128

경계에 잡힌 자기장 | 138

마에다 선생의 막자사발 | 146

보관함에 있던 그 물질이… | 157

사라진 잠수함-레드 옥토버(Red October) | 166

자석이 된 초전도체 | 174

공중에서 회전하는 휠-에너지를 저장하다 | 186

초전도, 어디에 사용되나 | 196



Part 3 초전도 과학교실

분수 위에 놓인 공-자석의 배열 | 212

냉각하기에 따라 다르다 | 225

전자저울로 측정하는 마이스너의 힘 | 235

청소년들이 만든 마이스너 힘 측정장치 | 245

인간자기부상 시연 | 253

초전도 자기부상열차 제작 | 263

자력의 끈 현상, 이렇게 보여주자 | 281

컵 하나로 보여주는 자력의 끈 현상 | 291

초전도체 직접 만들기 | 297

청소년에게 과학의 꿈을 | 311

참고한 서적과 글 | 322



에필로그 -여러 번 감사, Many thanks | 326

김찬중 저자 김찬중(金瓚中)은

1958년 경기도 기흥 출생. 1990년 "고온 산화물 초전도체 합성"연구로 한국과학기술원(KAIST)재료공학과에서 박사.

1993년 미국 인디애나 노트르담 대학(University of Notre Dame)에서 박사후 연구자(Postdoctoral Fellowship) 과정.

2010년 일본 동경 시바우라 공과대학(Shibaura Institute of Technology) 교환교수.

한국초전도학회 부회장 및 학술위원장.

2013년 한국원자력연구원 영년직 책임연구원으로 선정.

2013년 코이카(KOICA) 과학기술 전문위원.

2014년 (사단법인)나눔과기술 공동대표.

SCI 국제학술잡지에 초전

도 관련 150 여 편의 학술논문 게재.

청소년 과학 강연자인'과학기술 앰배서도(Ambassador).

초전도 네이버 카페 '꿈의 소재, 초전도(http://cafe.naver.com/supeconductor)'운영자.

저서 《36.5도의 과학기술, 적정기술(2011년, 허원미디어)》,

《적정기술, 현대문명에 길을 묻다(2013년, 허원미디어)》