얽힘의 시대 대화로 재구성한 20세기 양자 물리학의 역사

루이자길더

저자루이자길더LouisaGilder는미국매사추세츠주에서태어났다.2000년에아이비리그대학중하나인다트머스대학물리학과를졸업했다.이후몇년동안캘리포니아의한염소농장에서젖짜기와치즈만드는일을하면서8년반동안자료를수집하고이책을썼다.책을쓰는동안와이오밍주옐로우스톤국립공원근처에서영화관의영사기사로일하기도했다.현재매사추세츠주버크셔힐의산자락에서동물들을기르며생리학관련새책을쓰고있다.그는도식적이고정형화된틀에서벗어나시대와사회속에서협력과갈등을겪는살아있는과학자들의모습을보여주고자,그들사이에서이루어진풍부한대화와인용문가득한이책을썼다.책을쓰는동안고통스럽게살아간과학자들,특히파울에렌페스트와데이비드봄같은인물들의삶을그리면서마음아팠던것이가장힘들었다고한다.

목차
삽화목록­9
독자에게드리는글­10
들어가며:얽힘­19
1베르틀만의짝짝이양말1978년과1981년­27
논쟁1909∼1935년
2양자화된빛1909년9월∼1913년6월­51
3양자화된원자1913년11월­62
4종잡을수없는양자세계1921년여름­75
5시가전차에서1923년여름­89
6빛파동과물질파동1923년11월∼1924년12월­108
7영화관에간파울리와하이젠베르크1925년1월8일­122
8헬고란트의하이젠베르크1925년6월­132
9아로사의슈뢰딩거1925년크리스마스∼1926년새해첫날­144
10당신이관찰할수있는것1926년4월28일그리고여름­150
11괴상하기짝이없는양자도약1926년10월­163
12불확정성1926년겨울∼1927년­175
13솔베이회의의라이벌1927년­190
14회전하는세계1927∼1929년­198
15솔베이에서다시만난아인슈타인과보어1930년­211
막간의이야기:붕괴1931∼1933년­219
16실재에대한양자역학적설명1934∼1935년­256
탐색그리고고발1940∼1952년
17프린스턴에날아든소환장1949년4월∼6월10일­303
18전쟁중의버클리대학1941∼1945년­310
19프린스턴의양자론1946∼1948년­321
20강의를정지시킨프린스턴1949년6월15일∼12월­329
21양자론1951년­333
22숨은변수그리고도망1951∼1952년­337
23브라질에서만난봄과파인먼1952년­347
24전세계에서온편지들1952년­358
25오펜하이머에맞서다1952∼1957년­368
26아인슈타인의편지1952∼1954년­372
봄이야기에덧붙이는에필로그1954년­378
발견1952∼1979년
27변화의물결1952년­387
28불가능증명을통해증명된것1963∼1964년­393
29약간의상상력1969년­415
30결코단순하지않은실험물리학1971∼1975년­446
31설정이바뀌다1975∼1982년­467
얽힘현상의전성기1981∼2005년
32슈뢰딩거100주년1987년­483
33셋까지세기1985∼1988년­489
34“‘측정’에반대하여”1989∼1990년­498
35이것이실질적인용도로쓰일수있다는말인가?1989∼1991년­512
36새로운밀레니엄을맞으며1997∼2002년­518
37어떤불가사의,아마도1981∼2006년­532
에필로그:다시비엔나에서2005년­541
용어설명­551보충설명­564주­569참고문헌­676감사의말­691찾아보기­696

출판사서평
이책은양자물리학의근본개념중하나인양자얽힘을파헤친대단히독창적이고풍성한탐구의기록이다.얽힘은서로떨어진두입자가마치텔레파시라도주고받는듯보이는현상이다.
1935년아인슈타인은장래에자신의논문을통틀어가장많이인용될한논문에서그가명명한‘유령같은원거리작용’이라는상관관계를양자역학이예측하고있음을보여주었다.같은해에슈뢰딩거는이유령같은상관관계에대해‘얽힘’이라는세례명을선사했다.하지만이현상의존재는1964년아일랜드물리학자존벨의혁명적인논문이나오...
이책은양자물리학의근본개념중하나인양자얽힘을파헤친대단히독창적이고풍성한탐구의기록이다.얽힘은서로떨어진두입자가마치텔레파시라도주고받는듯보이는현상이다.
1935년아인슈타인은장래에자신의논문을통틀어가장많이인용될한논문에서그가명명한‘유령같은원거리작용’이라는상관관계를양자역학이예측하고있음을보여주었다.같은해에슈뢰딩거는이유령같은상관관계에대해‘얽힘’이라는세례명을선사했다.하지만이현상의존재는1964년아일랜드물리학자존벨의혁명적인논문이나오기전까지는제대로밝혀지지않았다.이책은얽힘이라는현상이드러날무렵에일어난일과이후그현상에관해이해를심화시키는과정에서일어난일들이담긴매혹적인이야기다.
이책에서우리는아인슈타인과막스폰라우에가양자이론의불가해한속성을논하는취리히의한커피숍에서부터데이비드봄과리처드파인먼이맥주를마시며이야기를나누는브라질의술집까지들여다볼수있다.오펜하이머가다녔던버클리대학에서부터아인슈타인과봄의프린스턴대학그리고벨이안식년을보냈던스탠포드대학까지미국의여러대학캠퍼스를두루거닐기도한다.아울러유럽물리학의본고장도방문한다.유명한보어연구소가있는코펜하겐,하이젠베르크와파울리가야외소풍을나가전자궤도에관해열띤토론을나눈뮌헨같은곳이다.
루이자길더는20세기의가장위대한물리학자들의수많은논문,편지,회고록을총동원하고있다.덕분에그들이마치얼굴을마주보고대화를주고받고있는듯그려냄으로써이야기에인간미와극적인재미를더한다.이책에서는보어와아인슈타인이서로맞서고,하이젠베르크와파울리가어떤불가사의를파헤칠지결심한다.슈뢰딩거와루이드브로이는벨을위해길을트고,이선구자들의길위에서벨의업적이다시피어난다.그리고특유의무덤덤한어투로리처드파인먼은당대사람들에게이얽힘을이용해무언가를창조해내라고촉구한다.
이놀라운처녀작에서저자는직접그린삽화로책을더욱풍성하게만들면서발전하는물리학의이야기에완전히새로운방식으로생명력을불어넣는다.이로써물리학의많은수수께끼를푸는열쇠는바로물리학자들의인간적인면모,파트너십,그리고이들의열정임을분명하게보여준다..
양자물리학의역사를
한편의대하다큐멘터리로만들다
『얽힘의시대』는20세기양자물리학의역사를대화로재구성한것이다.자료수집과집필기간만장장8년반.프롤로그와36막으로구성된본문및에필로그원고는2300매,핵심이되는물리학용어설명과본문을가득채운인용문의출처를세세히밝힌미주만해도근1000매에이를정도로장대한책이다.여기에주연과조연,단역으로등장해다양한개성을드러내는수많은물리학자들의삶과이론을주제별로찾아보도록종횡으로연결된인덱스가30여쪽에이른다.
이책은시간적으로는20세기초양자론태동기부터양자얽힘현상을입증하고실제적용되고있는21세기초까지를그린다.공간적으로는20세기전반기엔독일,스위스,덴마크등유럽이중심무대이고,후반기엔나치치하에서대거미국으로망명한물리학자들때문에주무대가미국으로바뀐다.여기에다얽힘현상을밝히는데주연중한사람인데이비드봄이머물던브라질까지무대가넓어진다.
내용은서로밀접히관련되어있는두개의주제와과정으로전개된다.전반부인16장까지는20세기전반기과학계에혁명을몰고온양자역학자체에이야기의초점이맞춰진다.막간이야기를지나17장부터시작되는후반부는기존양자역학에대해새로운돌파구를찾는과정과그일환으로밝혀진양자얽힘현상에관한내용이주를이룬다.
양자역학의태동에서양자얽힘의입증에이르는약한세기를그린이책은수많은등장인물이그시대의역사적맥락하에서겪게되는시대적고민도풍부하고깊이있게들여다본다.아인슈타인을비롯해여러과학자들이나치치하에서겪게되는탄압과갈등,특히나치의“유전적으로손상된자손을금지하기위한”법안의통과로다운증후군을앓던아들을총으로쏘고자살로생을마감한에렌페스트의이야기는야만적인시대의모습을적나라하게보여준다.또오펜하이머의제자인데이비드봄이공산주의자로낙인찍혀외국을전전하면서외롭고힘겹게자신의이론을구축해나가는과정,그리고존벨을위시한젊은과학자들이자유분방하고열정적인정신으로새로운패러다임을열어가는장대한이야기가서로얽히고설키면서유유히흘러간다.
이렇게해서이책은양자론과물리학자들의삶이한데어우러져풍성하고드라마틱한한편의대하다큐멘터리가되었다.여기에다저자의시적이고서정적인묘사,물리학자들만이표현할수있는물리이론에비댄재치있고유쾌한농담이곁들여져읽는재미를더한다.
대화와인용으로
역사의현장을생생하게재현하다
저자는이책에서어떤개념을강의실에서설명하듯이소개하지않는다.“학생들이물리학교과서에서받는느낌때문에물리학은틀속에갇히고말았다.교과서속의물리학은진공밀폐된상자속에들어있는완벽한조각상처럼보인다.(…)하지만이들에게서는인간미라든가,해결하지못한질문들이아직도남아있다는인식을좀체찾아볼수없다.실제로물리학은인류가시작하긴했지만결코끝나지는않을탐구의과정이다.(…)교과서에나와있는단순하기짝이없는설명때문에각개념의과거와미래를보여줄온갖구불구불하고기이하고매력넘치는길들이제대로드러날수가없다.”고생각했기때문이다.
이런문제의식에서출발한이책은이론설명을중심에둔것이아니라이론이만들어져가는과정,그속에물리학자들의삶을녹여내면서생명력있는이야기로그려내고자했다.논문,신문,잡지,책,편지,비망록등온갖출처에서나온인용문들로가득찬책이된것도정확한사실기록과생생한묘사를위해서였다.그리하여책전체가마주보고대화를나누고있는것처럼현장감을뿜어낸다.저자는책서두에서부터‘대화’의중요성을역설하면서양자역학이어떤천재가마술과도같은방정식을풀어서내린결론이아니라숱한천재과학자들의고뇌,영감,대립과반목,그리고모색의과정임을보여준다.저자가마치과학자들간의대화에끼어들어각자의이야기를‘중계’해주는듯한서술방식을취한것도박제된역사가아니라살아있는역사의현장을재현하고싶어서일것이다.
이런방식은특히나여러과학자들의집단적인협력과동시에반목의결과이기도한양자역학의참모습을진솔하게그려내게했다.다만이해하기가그리만만치않은주제를‘생중계’방식으로전개하다보니내용이이리저리얽히는느낌이들수도있다.
하지만이책은일반독자들을양자역학의세계로발을들여놓게하기에손색이없다.과학적명제나원리를단순명쾌한설명으로이해하기보다는이론을둘러싼위대한과학자들의고군분투과정속에그려내재미있고흥미진진하게그리고감동적으로이야기에빠질수있기때문이다.
‘얽힘’현상을파헤치고
실험물리학의성과를보여주다
이책은20세기가장미묘하고지적인양자역학의세계를흥미롭고정교하게재창조한서술방식도독특하지만‘얽힘(entanglement)’현상을집중적으로파