과학은 어렵지만 양자 역학은 알고 싶어

요비노리다쿠미

ヨビノリたくみ
도쿄대학교대학원을졸업했다.박사과정에진학하면서그때까지6년동안계속했던입시학원강사를그만둔뒤,많은사람에게과학을알리기위한활동의일환으로유튜브채널‘요비노리’를개설하기로결심했다.학창시절에는이론물리학을전공했으며,학부에서는‘물리화학’,대학원에서는‘생물물리’를연구했다.대학교수준의수학과물리학을중심으로한이과과목강의동영상을올리는유튜브채널‘입시학원의분위기로공부하는대학교수학ㆍ물리학’(약칭요비노리)은68만명이상이구독하고있으며,조회수도누계1억회를돌파했다.저서로는《수학은어렵지만미적분은알고싶어》,《과학은어렵지만상대성이론은알고싶어》,《수학은어렵지만확률ㆍ통계는알고싶어》(이상한스미디어)등이있다.

감수의글
머리말

HOMEROOM1수식없이도양자역학을이해할수있다!
HOMEROOM2양자역학은새시대의필수교양!
HOMEROOM3‘미시세계’의물리학
HOMEROOM4‘미시세계’에서는물리법칙이달라진다
HOMEROOM5양자역학을공부하는의미
HOMEROOM6양자역학의4가지포인트

제1장양자역학에서중요한‘파동’의개념
LESSON1물리학의‘파동’은어떤것일까?
LESSON2파동의성질①‘회절’
LESSON3파동의성질②‘간섭’

제2장‘이중성’이란무엇일까?
LESSON4‘빛’은입자일까,파동일까?
LESSON5입자와파동의‘이중성’
LESSON6‘파동’을통해서전자의존재확률을생각한다

제3장‘보면’결과가달라진다?
LESSON7‘관측’이‘결과’에영향을끼친다

제4장‘터널효과’란무엇일까?
LESSON8양자역학의‘터널효과’
LESSON9‘터널효과’와태양의관계

제5장‘불확정성’이란무엇일까?
LESSON10슈테른-게를라흐실험①
LESSON11슈테른-게를라흐실험②
LESSON12양자역학의‘불확정성’

제6장‘양자얽힘’이란무엇일까?
LESSON13멀리떨어져있어도보이지않는실로이어진관계

제7장양자역학을이용한신기술
LESSON14양자컴퓨터
LESSON15양자전송
LESSON16일상생활에서‘양자적인효과’를실감하지못하는이유

1시간만에쉽게이해하는
양자역학의세계!
《과학은어렵지만양자역학은알고싶어》는수학과물리를학원선생님처럼알기쉽게설명하며인기를얻은일본의인기유튜버요비노리다쿠미의4번째책으로,전작《과학은어렵지만상대성이론은알고싶어》에이어누구나쉽게양자역학의세계를1시간만에이해할수있도록초보자의질문에알기쉽게답하는구성으로정리한책이다.
양자역학은미시적인물질세계를설명하는현대물리학의기본이론으로고전물리학에익숙한사람들에게는여전히낯설고어렵게느껴진다.하지만최근‘양자컴퓨터’나‘양자전송’같은말을뉴스에서자주듣게될정도로스마트폰이나컴퓨터의개발등에양자역학의지식이당연하다는듯이활용되면서주목받고있다.이책에서는그런친근한예를소개하면서수식을전혀사용하지않고도양자역학의본질을맛볼수있도록대화식으로쉽고재미있게설명했다.이책을읽고나면누구나양자의세계에호기심이생기며더깊이있게탐구해보고싶어질것이다.

양자역학은
‘미시세계’의물리학이다
양자역학은19세기에이미완성된역학,전자기학,열역학같은고전물리학으로는설명하기어려웠던엄청나게작은‘미시세계’의물리현상들의원인을파고든결과눈에보이지않을만큼작은미시세계의움직임에영향을받는다는사실을알게되면서탄생했다.양자역학은상대성이론처럼우리에게경험적으로친숙한고전물리학의규칙이뒤집히며도저히믿기힘든결과를낳는경우가많다.그렇기때문에이세계에서일어나는일들을새로운관점에서바라보는계기가될수있다.양자역학의주요한4가지포인트는다음과같다.
첫째,물질은입자와파동의성질을함께지니고있다.
둘째,관측하기전까지는실재를생각하지않는다.
셋째,위치와속도는동시에결정되지않는다.
넷째,에너지의벽을통과한다.

까다로울것만같은양자의세계에
한걸음더다가갈수있게도와주는책
물질의‘입자’와‘파동’은누가보더라도명백히다른상태이다.그러나양자역학이다루는미시세계에서는어떨때는입자가,어떨때는파동의성질을보이는신기한현상이관측된다.이러한입자와파동의두가지특징을지니는것을‘양자’라고부른다.또한양자는관측하기전까지는가능성이넓게펼쳐져있지만,관측을시작하면가능성이한점으로결정되는‘비실재성’의성질도지니고있다.즉관측이결과에영향을끼치는것이다.한편고전물리학의세계와달리물질의위치와속도가동시에결정되는상태가될수없으며(불확정성),믿기힘들지만입자가에너지의벽을통과하는현상(터널효과)도벌어진다.한쪽의상태가확정되면다른쪽의상태도확정되는‘양자얽힘’의관계도양자의세계를설명하는주요원리중하나다.이책에서는복잡한수식없이도다양한상황과그림등을이용하여양자역학의원리들을알기쉽게설명하고있다.

이미일상에서이용되고있는
양자역학의원리
쉽게이해하기어렵고믿기힘든양자역학의이러한원리들은의료분야의MRI나제조분야의레이저기술등에서이미이용되고있다.0과1의가능성이중첩된상태인양자비트를이용한‘양자컴퓨터’나양자얽힘을이용한정보전달기술인‘양자전송’등이바로대표적인사례이다.이처럼우리의일상생활과밀접하게관련이있지만여전히우리는양자적인효과를실감하지못하고있다.이는거시세계의물리법칙과미시세계의물리법칙이어떻게연결되어있고그경계는어떻게이루어져있는지아직밝혀내지못했기때문이다.그렇지만양자역학은우리가지금살아가고있는세계의진실에가장가까운것만은분명하다.양자역학의어려운개념을가볍게정리한이책은양자역학에본격적으로더깊이공부하는계기를만들어주는흥미로운책이될것이다.