2025년 노벨 물리학상에 빛나는 ‘양자역학’
세계적인 권위자가 제대로 쓴 양자역학 교과서!
16세기 양자의 기원부터 21세기 양자 컴퓨터까지
입문자, 전문가 모두를 압도할 양자 대하드라마
20세기 초반 탄생한 양자역학과 그 기원에 관한 책. 지구와 우주의 모든 물질을 이해하는 데 어떻게 양자역학이 가장 큰 혁명이 되었는지, 어떻게 현대 기술의 많은 부분을 형성하게 되었는지를 정리했다. 유엔과 유네스코는 1925년 베르너 하이젠베르크가 발표한 행렬역학을 양자역학의 탄생으로 보고 그 100주년이 되는 2025년을 ‘양자과학기술의 해’로 지정했지만, 이 책은 그 기원을 16세기 시몬 스테빈에서 시작하고 그 이후 양자를 둘러싼 500년 역사를 돌아본다.
총 2부 구성 중 1부는 물리학을 수학이라는 언어로 변환한 과학자들의 성과를 들여다본다. 스테빈에 이어 ‘낙하 실험 2.0’을 통해 현대 과학의 아버지로 불리는 갈릴레이, 행성들의 궤도를 설명할 방법을 찾다가 미적분을 발명한 뉴턴, 사원수를 통해 양자역학의 수학적 기초를 마련한 해밀턴 경, 물리학에서 대칭에 관해 위대한 업적을 남긴 에미 뇌터의 이야기 등이 나온다. 16세기부터 19세기까지 양자역학의 기초를 마련한 과학자와 그 성과에 초점을 맞춘다.
2부는 본격적인 양자의 시대를 다루며, 20세기부터 21세기 현재에 이르기까지 양자역학의 전당에 오를 만한 과학자들과 그 업적에 초점을 맞춘다. 빛의 양자(광자)를 시작으로 양자 이론을 처음 정립한 플랑크와 아인슈타인, 모든 입자가 파동 묶음임을 발견하고 각 입자의 파장을 구하는 공식을 발명한 드 브로이, 양자 파동 방정식을 발명함으로써 전혀 새로운 양자의 시대를 연 슈뢰딩거, ‘행렬역학’이라는 논문을 발표해 1925년을 양자역학의 획기적인 해로 만든 하이젠베르크 등이 2부의 시작을 연다.
큐비트, 장 이론, 얽힘, EPR 역설 등 양자역학을 뒷받침하는 이론들이 ‘양자 철학’이라는 이름으로 2부 5장에서 소개된다. 슈뢰딩거의 유명한 고양이 실험도 여기 나오며 양자역학에서 중요한 개념인 ‘중첩’을 쉽게 설명하는 예로 소개된다. 6장에서는 파인만의 다이어그램, 멘델레예프의 주기율표 등 양자역학이 물리학과 화학에 어떤 획기적인 영향력을 미치는지가 설명된다.
그 밖에 양자역학의 산물인 레이저, 원자핵과 중성자, 원자폭탄, 양자 전기역학(QED), 양자 색역학 등의 발명에 얽힌 이야기들이 7장에 나온다. 지구와 우주의 근원에 대한 연구도 볼 수 있다. 하이젠베르크의 행렬역학 발명을 1차 양자 혁명이라 한다면, 1995년 6월 5일 보슈-아인슈타인 응축체 탄생일을 2차 양자 혁명의 시작이라 본다. 그 산물로 양자 암호화, 양자 컴퓨터의 원리가 펼쳐진다. 미래의 양자 컴퓨터 개발, 양자 오류 수정 등 현재 진행 중인 양자의 연구가 뒤이어 나온다.
양자역학 분야의 세계적인 연구자와, 작가이자 언어학자인 아내의 합작품이다. 물리학자와 화학자는 물론 볼테르, 괴테 같은 인문학자까지 무수히 많은 학자가 양자역학의 줄기로 책에 등장한다. 양자역학은 천재 물리학자가 어느 날 번뜩이는 영감으로 발명한 학문이 아니라, 서로의 어깨 위에 올라선 거인들 덕분에 탄생한 학문임을 보여준다.
전 고등과학원 교수이자 한국양자정보학회 초대회장인 김재완 박사는 “양자역학을 제대로 표현하기 위해 사용되는 수학 뒤 숨은 의미를 설명해 주는 책”이라 하고, 캘텍 파인만 이론물리학 교수인 존 프레스킬은 “다른 어떤 물리학 책과도 비교할 수 없는 책”이라며 이 책을 강력 추천했다.
