양자물리 좋아하세요?

영국 《더 타임스》 ‘최고의 과학책’ 선정작!
《포브스》 선정 ‘현대물리학 분야 최고의 대중과학서’
평범한 아침에 만나는 열한 번의 양자 수업


◎ 도서 소개

일출부터 출근하러 문을 나서는 순간까지,
일상에서 발견하는 놀라운 원자와 광자의 세계

양자물리학이 태동한 지 1세기가 지난 오늘날, 과학계는 오류 내성 양자 컴퓨터의 가시적 진전과 양자 얽힘 기반 차세대 통신 등 결정적 돌파구를 잇달아 발표하며 '양자 시대'의 본격적인 개막을 알렸다. 한 세기 동안 우리 일상에 깊숙이 스며든 원자와 광자의 세계를 일상의 언어로 풀어낸 안내서 『양자물리 좋아하세요?』가 21세기북스에서 출간되었다.
양자물리학은 낯설다. 사람들은 이것이 거대 강입자 충돌기나 블랙홀 같은 극단적인 환경에서만 나타난다고 여긴다. 그러나 알람 시계가 시간을 표시하는 것은 원자 안의 에너지 준위 덕분이고, 반도체 칩은 양자 중첩 없이 이해할 수 없으며, 아침밥이 식탁에서 흘러내리지 않는 고체 물질의 안정성은 양자 스핀의 기이한 통계적 성질 없이는 설명되지 않는다. 왜 전구는 치명적인 방사선을 내뿜지 않을까? 손은 왜 단단한 벽 너머를 통과하지 못할까? 어째서 모든 금속이 자성을 띨 수 없는가? 이 책은 우리의 아침 일상을 현장으로 삼아 양자물리학을 파고든다. 이 책을 읽고 나면 매일 반복되던 익숙한 일상이 전혀 다른 풍경으로 보일 것이다.

① 일출: 12개의 기본 입자와 4개의 기본 상호작용(중력·전자기력·강력·약력)이 각자의 역할을 해야만 태양이 빛을 낼 수 있다.
② 빨갛게 달아오른 전기레인지 코일: 뜨거운 물체의 빛은 재질과 무관하게 오직 온도에 따라 색이 바뀐다는 단순하고 보편적인 현상이 19세기 물리학을 무너뜨렸다. 토머스 영의 이중 슬릿, 아라고의 점, 빛의 파동설, 자외선 파탄, 플랑크의 양자 가설까지의 양자론의 발전을 아침 부엌에서 찾는다.
③ 휴대전화 카메라 센서: 카메라는 빛의 ‘입자성’ 위에서 작동한다. 아이러니하게도 그 원리는 빛의 ‘파동성’을 입증하려던 실험의 부산물이었다. 헤르츠와 아인슈타인이 그 실험의 주인공이다.
④ 출근 시간을 독촉하는 시계: 물리적으로 움직이는 부품이 있는 시계는 본질적으로 불안정하다는 문제는 빛과 원자의 미스터리한 상호작용에서 답을 찾을 수 있다. 프라운호퍼선의 발견, 분광학의 성립, 보어의 원자 모형, 그리고 오늘날 세계 표준시를 떠받치는 세슘 원자시계를 다룬다.
⑤ 1858년 첫 대서양 횡단 케이블부터 오늘의 광섬유망까지: 구리선의 신호 감쇠와 대역폭 한계를 뚫은 것은 레이저였다. 발명 당시 “풀 문제를 찾아야 하는 해법”이라 조롱받던 기술이 어떻게 지구를 실시간으로 연결하게 되었는지, 그 뿌리에 있는 아인슈타인의 유도 방출 개념을 따라간다.
⑥ 후각도 양자 현상으로 이해할 수 있다: 형태론과 진동 모델 사이의 오랜 논쟁을 소개한 뒤, 두 모델 모두 결국 전자의 양자적 행동에 뿌리를 둔다는 점을 짚는다. 스핀의 발견, 파울리의 배타 원리, 그 원리 위에 세워진 주기율표와 화학 결합 등 냄새 하나에서 현대 화학의 토대가 열린다.
⑦ 왜 토스터 속 빵 조각은 원자 폭탄이 되지 않을까?: 모든 계는 에너지를 낮추려 하는데, 그렇다면 입자들은 왜 무한히 작은 공간으로 붕괴하지 않는가? 답은 하이젠베르크의 불확정성 원리와 영점 에너지, 그리고 파울리의 배타 원리에 있다. 우리가 몸을 기댈 수 있는 세계의 단단함이 여기서 나온다.
⑧ 아폴로 11호의 우주선 컴퓨터보다 수천 배 빠른 주머니 속 기계: 그 기하급수적 도약은 반도체 덕분이고, 반도체는 전자의 파동성 위에 서 있다. 고양이 역설의 진짜 쟁점, 에너지 준위가 띠로 넓어지는 과정, 띠 사이의 틈이 부도체와 전도체와 반도체를 가르는 원리를 설명한다.
⑨ 자석: 냉장고 자석은 평범하지만, 비범한 물건이다. 그 원리를 파고들면 전자의 자성에서 원자의 자성으로, 다시 결정의 자성으로 척도를 올리고, 마지막에는 자기 데이터 저장 장치에 도착한다.
⑩ 복도의 연기 감지기 안에서는 알파 입자가 고전 물리학의 철벽을 뚫고 지나간다. 뢴트겐의 X선, 베크렐과 퀴리의 방사성 연구, 러더퍼드의 분류를 거쳐, 조지 가모브가 터널 효과로 방사성 붕괴의 미스터리를 푼 과정을 따라간다.
⑪ 온라인 구매 영수증에서 시작해 암호의 역사를 파고든다. 일회용 암호표의 근본적 한계, 그것을 풀어줄 열쇠가 하필 아인슈타인이 양자역학을 공격하려고 꺼내 든 ‘유령 같은 원격 작용’이었다는 아이러니가 소개된다.

☞ 함께 읽으면 좋은 21세기북스의 책들
▶ 우리집 강아지에게 양자역학 가르치기｜채드 오젤 지음｜21세기북스｜2025년 05월 21일 출간｜22,000원
▶ 1초의 탄생｜채드 오젤 지음｜21세기북스｜2024년 01월 02일 출간｜28,000원
▶ 이토록 인간적인 물리학 | 팀 폴러트 지음｜21세기북스｜2026년 08월 19일 출간｜24,900원


◎ 추천사

“오젤은 자신의 아침 일과를 사례로 삼아 양자물리학이 어떻게 우리 일상의 일부가 되어 있는지를 보여주려 한다. 그리고 친근하면서도 유익한 이 책에서 그는 그 목적을 상당히 성공적으로 달성한다. (…) 오젤의 아침 일과를 따라간다는 설정 자체는 아주 단순하지만, 그는 이를 대단히 효과적으로 활용한다.”

— 《뉴욕타임스》


“물리학은 어디에나, 모든 것에 존재한다. 그리고 채드 오젤보다 물리학을 더 잘 설명하는 사람은 없다. 머리를 든든하게 채워주는 지식의 아침 식사다.”

— 존 스칼지, 소설가·『모든 것의 종말』 저자


“양자물리학을 좋아하는 독자라면 새로운 것을 배우는 동시에 즐거움까지 얻을 것이다.”

— 《북리스트》


“왜 전구는 치명적인 방사선을 내뿜어 우리를 해치지 않을까? 왜 손을 단단한 벽 너머로 통과시킬 수 없을까? 왜 모든 금속이 자석은 아닐까? 수많은 과학책이 우주에서 새롭게 발견된 기상천외한 현상에 주목하지만, 오젤은 우리 주변의 평범한 세계가 이미 충분히 기묘하다는 사실을 보여준다.”

— 조지 무서, 《사이언티픽 아메리칸》 리뷰


“흔히 양자역학은 비전문가가 접근하기 어려운, 가장 추상적이고 난해한 학문 가운데 하나라고 생각한다. 그러나 채드 오젤은 『양자물리 좋아하세요?』에서 차를 끓이기 위해 달아오른 레인지 위에 물을 올리는 일부터 전자 카메라와 휴대폰으로 사진을 찍고 주고받는 일까지, 우리의 평범한 일상이 온통 양자의 법칙에 의존하고 있음을 훌륭하게 보여준다. 평범한 아침 일과를 움직이는 양자 메커니즘에 주목함으로써, 오젤은 중요한 물리학 원리들을 영리하게 우리의 일상 가까이로 끌어온다.”

— 폴 핼펀, 『양자 미로』 저자


“오젤 교수는 친숙한 일상의 경험으로 우리를 이야기 속에 끌어들인다. 그러다 어느새 우리는 100년이 넘는 물리학의 역사를 여행하고 있다. 독자는 일상의 사물을 더욱 깊이 이해하게 될 뿐만 아니라, 물리학자들이 매일 세상을 어떻게 바라보는지도 배우게 된다.”

— 데이비드 솔츠버그, UCLA 물리학·천문학 교수


“윌리엄 블레이크가 한 알의 모래에서 세계를 보았다면, 채드 오젤은 토스트 한 조각에서 우주를 본다. 오젤은 상대성이론과 양자역학 같은 추상적인 개념을 과학적 엄밀함은 조금도 희생하지 않으면서 우리의 일상으로 끌어내리는 데 탁월하다. 재미있고 흥미진진하며 깊이 있는 이 책은 충분히 자세히 들여다보기만 한다면 세상 모든 것이 흥미로워진다는 사실을 확실하게 증명한다. 이제 나는 아침 식사를 예전과 같은 눈으로 볼 수 없을 것이다.”

— 어맨다 게프터, 『아인슈타인의 잔디밭을 거닐며』 저자


“『양자물리 좋아하세요?』는 양자역학의 경이로운 세계를 명쾌하고 재미있게 소개하면서, 그 원리들이 우리 주변 어디에나 존재하며 일상생활에서 끊임없이 활용되고 있음을 보여준다. 채드 오젤은 원자와 광자의 세계를 안내하는 완벽한 가이드다. 심지어 매일 아침 식사를 준비하는 일조차 현대물리학의 놀라운 성취 없이는 불가능하다는 사실을 보여준다.”

— 제임스 카칼리오스, 미네소타대학교 물리학 교수


“채드 오젤의 신작은 물리학이 우리의 삶을 빚어내는 수많은 방식을 탁월하게 풀어낸 이야기다.”

— 자비네 호젠펠더, 물리학자, 『수학의 함정』 저자