괴짜 교수 크리스 페리의 빌어먹을 양자역학 : 양자물리를 제대로 이해하고 헛소리를 물리치는 법

크리스페리

저자:크리스페리ChrisFerrie

양자물리학자.호주시드니공과대학교양자소프트웨어·정보센터의부교수로재직중이며,양자추정및제어,특히머신러닝을이용한양자정보과학의통계문제해결에관심을갖고연구하고있다.캐나다워털루대학교에서수리물리학으로학사학위를,응용수학으로석사학위를받았고,워털루대학교와양자컴퓨팅연구소에서양자역학에서의확률이론과응용에관한응용수학연구로박사학위를받았다.뉴멕시코대학교양자정보센터에서박사후연구원을지냈다.열정적인과학커뮤니케이터이기도해서,수리물리학의가장난해한주제를다루는책부터아이들을위한책까지다수의책을썼다.유아를위한‘키즈유니버시티’시리즈의《양자물리학》《양자얽힘》《양자컴퓨터》《일반상대성이론》《뉴턴물리학》《광학》《전자기학》《통계물리학》등많은책이우리말로번역되었는데,《우주는어디에서왔는가,그리고우주에관한다른질문들WhereDidtheUniverseComeFrom?AndOtherCosmicQuestions》《우주를혐오할42가지이유와그러지않을한가지이유42ReasonstoHatetheUniverse(AndOneReasonNotTo》는언제한국어판이나올지알수없다.



역자:김성훈

과학책번역가.경희대학교치과대학을졸업했고현재출판번역및기획그룹‘바른번역’회원으로활동중이다.옮긴책으로는《라이프타임》《구름관찰자를위한가이드》《날마다구름한점》《숫자에속지않고숫자읽는법》《아인슈타인의주사위와슈뢰딩거의고양이》《어떻게물리학을사랑하지않을수있을까?》등이있으며,《늙어감의기술》로제36회한국과학기술도서상번역상을받았다.

이망할책은뭔데?

1.빌어먹을양자에너지
아빠,에너지는어디서와요?|유명해질계획이면예측을말것|양자도약…텔레비전쇼처럼,하지만진짜과학으로|그리대단한얘기는아닌데?|멋져,멋지긴한데양자에너지를얻다써먹을수있어?|알았으니까양자에너지의진짜비밀을알려달라고!|암|양자에너지로부자되기

2.빌어먹을물질파
완전히허구로꾸민고릿적파동이야기|내귀에들려오는달콤한음악|공명해줘서고마워|양자?|옆길로새기:모든것을지배하는물리실험|파동-입자이중성|아주느리게|크리스털을잊어버릴뻔했다|나와함께공명을|이파동중하나는다른파동과는다르다|이파동들이나를병들게하고있다|우아,이양자이야기는우리랑진짜아무상관없는이야기같네

3.대체뭐가어떻게돌아가는지모르겠다
아는것과모르는것|내가아무것도모른다는것을알아…아,그래도하나는아네|야구공만으로어둠속에서친구를찾는법|사람이문제아닌가…|당신이지금느끼는그느낌을통찰이라고한다|당신은세상의창조자|불확정적이지만무작위도아니다!|사상최고의농담|예술:양자불확정성의가장확실한응용분야|당신의양자적불확정성이나의문화적꼴사나움으로스며든다|양자불확정성의진짜비밀？이번에는진지한얘기다

4.빌어먹을좀비고양이
중첩의탄생|당신은진실을감당할수없다|괴짜들의복수|중첩과겹치기|당신의목적을말해|아침식사전에는불가능한여섯가지일|고양이는양자적대상인가?|다시고쳐쓴사상최고의농담|동시에두장소에|크리스페리양자탐정이있다|미워한다면놓아주세요

5.빌어먹을빛보다빠른
테크노바블|듣고따라하세요.‘상관관계는인과관계가아니다’|걱정의원인|얽힘을일으키는원인은?|지역소식이우선|빨리감기|또한번고쳐쓴사상최고의농담|5차원은사랑이다|양자간지럼|나는과학을믿지않아

6.무한히많은빌어먹을세계
까다로운실재|제대로작동하잖아!|양자클루지|양자세계를표현하는영단어|하지만…진짜그이유가뭔데?|영화에는절대등장하지않는양자물리학해석|빌어먹을평행우주|양자자살|타이밍사상최악의농담|학계:기원전400년부터대부분사회적거리두기중|직접조사해보기|누구도믿을수없을때는대체무엇을믿을까?

7.빌어먹을양자테크노매직
양자참소리|원자력의탄생|스핀좀제대로먹여줘요|컴퓨터가말한다,“네”|하지만잠깐!여기서끝이아니다|컴퓨터가말한다,“아니오”|하지만잠깐!여기도끝이아니다|레이저눈|우주선(宇宙線),그리고거미한테물리기|퀀텀퀌패니|비유,은유,직유|나를순간이동시켜줘!|퀀텀인사이드

8.난이제어디로가야하지?
이제는당신도알고있는양자헛소리|당신이피해야할헛소리들|다른헛소리들|헛소리와싸운다면…|친구는선택할수있지만헛소리꾼은내가선택할수없다|최고의퀀텀라이프를살자

감사의말
주
찾아보기

지금까지등장한과학이론중가장믿을만한양자역학은
어떻게오해되어왔으며,사기꾼들의놀이터가되고있는가?

바야흐로양자의시대,세상엔양자에대한헛소리도넘쳐난다.양자역학의혁명적인개념들을기존생각을뒤집는도구로사용하려는마음,또는자신의주장을과학이보증해주는세상이치로일반화하려는생각때문일까?양자역학이보여주는미시세계의기묘함,이해하기어려운특성들을우리가살아가는세계에잘못끌어다쓰는경우가많다.나아가양자역학개념들의이해난망함을이용해물건을팔아먹거나사기를치는이들도많은것이현실이다.
예를들어《양자사랑》이라는책에나온다는다음문장을보자.“양자장의힘을이용해서감정과의도를갈고닦아그욕망의주파수나진동을만들어내면당신이원하는것을끌어들일수있습니다.”(78쪽)어딘지익숙한말이아닌가?다른예로,넷플릭스에서방영된〈귀네스펠트로의웰빙실험실〉의어느‘치유사’에관한영상에서는“이것을뒷받침하는놀라운연구가양자물리학에서이루어졌습니다.그토대가되는연구는이중슬릿실험이라는것입니다.이실험을통해서우리의의식이실제로물리적실재를변화시킨다는것이한치의의심도없이경험적으로증명되었습니다”는발언이흘러나온다고한다(149쪽).이비슷한말들을우리주위에서도찾아볼수있지않은가?파동에너지를이용해암을치료할수있다거나,양자역학의원리에기반해의식을조정해내가원하는좋은것들을끌어당길수있다거나,양자공명을통해행복감을얻을수있을거라는이야기들말이다.
유사과학이인터넷을장악하고대체사실을실제과학과구분하는것이점점더어려워지는이때,다행히도호주의진짜양자물리학자크리스페리가이책을들고우리에게왔다.덕분에독자는결국은돈을뜯어내려는목적으로접근하는수많은사기꾼들과헛소리쟁이들을간단히알아보고그들에게양자얽힘이실제로무엇인지를가르치며혼쭐을낼수있을것이다.적어도헛소리에말려수상쩍은세계에빠지거나사기꾼에게말려돈을날리는일은피할수있다.그간양자역학운운하는미심쩍은주장을접하며‘이게과연말이되는이야기인가,뭔가이상하다’생각하면서도구체적으로무엇이문제인지모르고넘어가찜찜했던독자들에게특히나반가울책이다.

세상에서가장웃기고속시원한양자물리학수업
키득키득웃음이나오는양자물리학교양서

“이책을읽고나면헛소리로부터자신을지킬수있는수준의양자물리학은이해할수있을것이다.하지만양자물리학을다루는대부분의책과는조금다른방식으로접근하려고한다.나는양자역학이정말기이하고신비롭고,당신이세상에대해갖고있는상식을산산이부서뜨릴것이라는식으로말하지는않으련다.심지어양자물리학이무엇인지에대해서도말하지않겠다.그냥양자물리학이무엇이아닌지에대해서얘기하겠다.
뭐,좋다.양자물리학이무엇인지에대해서도조금은얘기할지도모르겠다.”(14-15쪽)

저자는옷을차려입고강의실에선교수님이라기보다는영락없이청바지에티셔츠하나걸치고동네카페나맥줏집에서수다떨기좋아하는동네형의모양새다.폼잡지않고떠벌떠벌한태도를취한것은어려운주제가주는부담감을줄이고특히젊은세대에게다가가려는저자의전략일테다.이러한스타일이일부독자들에게는낯설겠지만,일단익숙해지고나면저자의유머에혀를내두르게된다.모두가성공적이진않지만쉼없이이어지는이런유머에는상당히전염성이있어서,고등과학원박권교수가추천사에서짚은것처럼,“책을읽은이들이저절로양자농담을하게되는심각한부작용이있다”.거의모든장제목에등장하는‘빌어먹을’이란말이아주통쾌하게느껴지기도한다.
가히지금껏나왔던양자물리학책중가장웃기고기발한책이라고할수있는데,물리학과수학을잘모르는이들의눈높이에서,수식을최소화하여양자물리전반을설명한다.그렇다고내용이부실한것은아니다.양자의개념과양자역학의역사부터,파동-입자이중성,불확정성원리,중첩,양자얽힘,양자해석,다양한양자기술까지,양자물리학전반을이해하도록돕는다.

무엇이양자역학이아닌지를확인하다보면
양자역학이무엇인지를알게되는책

저자가택한또하나의영리한전략은헛소리를알아보기위해무엇이양자물리학이아닌지를설명하겠다면서,어려운양자물리학을이해해야한다는부담감을대폭줄인것이다.예를들어이런식이다.파동을설명하는2장에서는먼저이런물음을제시한다.“에너지를한곳에서다른곳으로운반하는주체가파동이다.그렇다면이런파동의진동수에맞춰조율하면우주와자신의에너지를효과적으로공명시킬수있지않을까?”(저자에따르면“파동이빌어먹을마법의헛소리로탄생하기위해꿈틀거리는”순간이다).그뒤‘파동’,‘파장’,‘진동수’,‘공명’에관한기초적인설명을제시하고,파동-입자이중성을보여주는이중슬릿실험과아인슈타인-플랑크방정식(이책에등장하는몇안되는수식중하나다)을보여준다.그리고초속1미터로움직이는체중70킬로그램의사람이라면그의진동수는5.3×10^34Hz(53의백만배의십억배의십억배의십억배헤르츠)이라는놀라운수치가방정식에따라도출됨을보여준다.이런사람을가지고이중슬릿실험을진행할경우그가파동처럼간섭패턴을나타내려면슬릿을통과하는데우주의나이만큼이나긴시간이필요하다는점도지적하면서다음과같은결론을내린다.

“여기서요점은눈으로볼수있는크기의사물에서는절대파동-입자이중성의효과를관찰할수없다는것이다.그효과가존재하지않아서가아니라감지하기가불가능할정도로작은효과이기때문이다.하지만광자와전자의경우다행히도우리가감지해서그들의양자적아름다움을볼수있을만큼작다.바꿔말하면당신도우주만물과마찬가지로양자진동수를갖고있지만무의미한수준이기때문에사물이당신의진동수와공명한다는등의주장이사실일까걱정할필요는없다는것이다.”(75쪽)

마찬가지로,“위치와속도는한대상이갖고있는완벽한대상이아니라”는점을뜻하는‘양자불확정성’은크기가큰대상에적용할경우그“‘완벽함’은원자크기의1조분의1조분의1조분의1보다나은정확성을의미하기때문”에별의미가없다.(247쪽)양자중첩이며,얽힘이며하는것들도모두우리가살아가는거시세계에서는모두효과를발휘하지못한다.그러니우리의정신과신체가이런영향을받을것을염려하거나기대할이유는없다는말이다.

너무나신비로운양자물리학을넘어서

책은이렇게양자세계와일상의거시세계를연결짓는통념들을감탄이나올정도로집요하게따져보면서양자물리학개념이정말로뜻하는것이무엇인지를일러준다.복잡한수학으로기술할수있을뿐,“우리일상경험과크게동떨어져있고”“눈으로볼수도없는”양자세계에대해“마술처럼신비롭다”는점을강조한과학자들이,의도와달리양자물리학에대한대중의오해를양산했다는지적도흥미롭다.(16쪽)저자는양자중첩이나얽힘을활용해계산하고연구하는것을업으로하는학자로서,무언가를믿기보다는“정보가어떤유용한목적에활용되어온것을보고그것에맞게적절한일을하는”‘일상실용주의자’(215쪽)의입장을채택한다.이런입장에동의하지않을이들도있겠지만,덕분에독자는양자역학에덧씌워진신비주의의덮개를한꺼풀걷어내고양자물리학전반에대해과학자들사이에합의된이해를얻을수있다.구체적사례를통해사람이어떤유형의오류에빠지기쉬운지알게해줄뿐아니라,이과정에서유사과학과선동적주장에빠지지않고과학적으로사고하고판단할수있는힘을기를수있다.이를통해독자의삶에도일종의양자도약이일어나리라,기대해도좋을것이다.

추천사

일반적으로물리학과유머감각은상호배타적이다.쉽게말해,물리학에진지할수록유머감각이떨어지기쉽고,반대로유머감각이뛰어날수록물리학에진지하기힘들다.양자역학적으로다시말하면물리학과유머감각사이에는일종의하이젠베르크의불확정성원리가작동한다.그런데이책의저자크리스페리교수는마치슈뢰딩거의고양이가삶과죽음이라는불가능한중첩상태로존재하듯진지한물리학자와뛰어난유머감각의소유자라는불가능한중첩상태로존재한다.아차,페리교수가이와같이양자역학을아무데나갖다붙이는양자헛소리를조심하라고경고했는데…
한마디변명을하자면,이책은양자헛소리가아닌진짜양자역학을나름진지하게,그러나매우유쾌하게배울수있는아주신기한경험을제공한다.다만,그결과로이책을읽은이들이저절로양자농담을하게되는심각한부작용이있다.
-박권(고등과학원물리학교수,《일어날일은일어난다》저자)

크리스페리는‘양자’치료법을파는돌팔이와사기꾼들을쫓으며그들이마땅히받아야할지독한경멸을보낸다.정직한독자들은독설에흥미를느낄것이며그과정에서과학역사상가장성공적인이론에관한사실들을배우게될것이다.
-채드오젤(뉴욕유니언칼리지교수,《1초의탄생》저자)

물리학교수님들에게유머감각이크리스페리의1천분의1만큼이라도있었다면내인생이달라졌을것이다.물리학을결코포기하지않았을것이고,물리학은세계에서가장인기있는전공이되었을것이다.-아마존독자