슈뢰딩거의 고양이를 찾아서 : 살아있으면서 죽은 고양이를 이해하기 위한 양자역학의 고전

슈뢰딩거의 고양이를 찾아서 : 살아있으면서 죽은 고양이를 이해하기 위한 양자역학의 고전

$21.00
Description
‘최고의 과학저술가’ 존 그리빈의 대표작
1984년 출간, 최초의 양자역학 대중서이자 여전히 탁월한 양자역학 입문서
‘양자역학’ 하면 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 떠올리는 사람은 많을 것이다. 그럼 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 실험이 무슨 내용인지, 양자역학에서 어떤 상징성을 가지는지 제대로 이해하고 설명할 수 있는 사람은 과연 얼마나 될까? 《슈뢰딩거의 고양이를 찾아서》는 《네이처》, 《스펙테이터》가 선정한 최고의 과학저술가이자, 과학 대중화에 기여한 공로로 미국과학진흥회의 공로상을 수상한 존 그리빈의 대표작으로 1984년에 초판이 출간된 이래로 독자들이 꾸준하게 찾아 읽어온 양자역학의 고전이다.

저자는 이 책에서 ‘슈뢰딩거의 고양이’라는 양자적 실체를 통해 양자 세계가 현실 세계와 어떻게 다른지 보여준다. 양자 세계에서는 우리가 일상적으로 경험하는 ‘물리법칙’이 더는 적용되지 않으며, 모든 사건은 확률에 따라 결정된다. 상자 안의 고양이가 과연 어떤 운명을 맞이하게 될지 존 그리빈의 이야기를 따라가다 보면 ‘살아있으면서 죽은 고양이’가 무엇을 의미하는지, 양자역학의 전통적 해석을 포용하면서 그것을 한 단계 뛰어넘는 새로운 해석에 도달할 수 있다.

그는 무엇보다도 대중에게 ‘양자역학’이 무엇인지 설명하면서 ‘최고의 과학저술가’의 면모를 아낌없이 보여준다. 이 책은 양자역학 입문서로서 적당히 자세하고 적당히 어렵다. 존 그리빈은 모든 것을 설명하려 애쓰지 않고, 우리가 양자역학을 이해하기 위해 딱 필요한 만큼만 알려준다. 생소한 물리학 용어의 장벽을 넘어선다면, 그 뒤로 우리의 상상 너머에 존재하는 '진짜 현실' 즉, 양자 세계가 기다리고 있다. 양자 세계에 숨은 진실은 이 세상 어떤 소설보다 황당하고 신기하다. 오죽하면 물리학자 닐스 보어는 “양자 이론을 접하고도 충격을 받지 않는다면, 그는 내용을 제대로 이해하지 못한 것”이라고 말했을까. 양자역학의 세계는 분명 만만치 않지만 존 그리빈의 탁월한 설명과 적절한 비유를 따라 페이지를 넘기다 보면, 설령 양자역학을 모두 이해하지는 못해도 현대 과학이 이 세상을 바라보는 방식만은 확실하게 알 수 있을 것이다.

저자

존그리빈

저자:존그리빈
양자세계에숨은진실은이세상어떤소설보다황당하고신기하다.양자역학이낯설게느껴지는이유는이론으로예측한결과가기존상식에서크게벗어나기때문이다.독자들은양자역학이제시한답을접하고소스라치게놀라거나아예믿지않을수도있지만,이책을다읽고나면현대과학이이세상을바라보는방식만은확실하게알수있을것이다.
영국의과학저술가이자천문학자.서식스대학교에서물리학학사와천문학석사를,케임브리지대학교에서천체물리학박사학위를받았다.《네이처》,《뉴사이언티스트》등에서일했고《인디펜던트》,《타임스》,《가디언》등에글을써왔다.《네이처》와《스펙테이터》가선정한‘최고의과학저술가’이며영국왕립문학학회회원이다.지은책으로《거의모든사람들을위한과학》,《나는물리학을가지고놀았다》(공저),《세상을바꾼위대한과학실험100》(공저)등120여권이있다.

역자:박병철
자연의심오한원리에취해뉴턴의운동방정식을열심히풀었더니상대성이론이“뉴턴은부분적으로만맞다”며사기를꺾어놓고,고전역학과상대성이론을매끄럽게하나로이은후감동에빠져있는데양자역학이“뉴턴은잊고,상대성이론은일단서랍에넣어두라”고한다.결승점을간신히통과했는데거기가출발점이었다니,하지의맥이풀린다.양자역학도언젠가는더큰이론의부분집합으로좌천될테니,그대가나의마지막사랑이라는공수표는더이상날리지않으리라.
연세대학교물리학과를졸업하고KAIST에서이론물리학박사학위를받았다.30년가까이대학에서학생들을가르쳤으며지금은번역과저술에전념하고있다.2005년제46회한국출판문화상,2016년제34회한국과학기술도서상번역상을수상했다.옮긴책으로는《페르마의마지막정리》,《파인만의물리학강의》,《평행우주》,《신의입자》등80여권이있으며,지은책으로는어린이과학동화《별이된라이카》와《생쥐들의뉴턴사수작전》이있다.

목차

감사의글
들어가는글
프롤로그:아무것도현실적이지않다

━1부양자
1장빛
파동인가,입자인가?│파동설의완벽한승리
2장원자
19세기의원자론│아인슈타인의원자│전자│이온│X-선│방사능│원자의내부
3장빛과원자
흑체에서실마리를찾다│달갑지않은혁명│h의정체는무엇인가?│아인슈타인,빛과양자
4장보어의원자
점프하는전자│드디어밝혀진수소원자의내부구조│확률적요소:신의주사위│원자투시도│원자모형으로우뚝선화학

━2부양자역학
5장광자와전자
빛의입자│파동-입자이중성│전자의파동│과거와의결별│파울리의배타원리│다음에바라볼곳은어디인가?
6장행렬과파동
헬골란트섬에서돌파구를찾다│양자수학│슈뢰딩거의이론│과거로돌아가다│양자조리법
7장양자로요리하기
반물질│원자핵의내부│레이저와메이저│마이크로시대│초전도체│생명

━3부양자역학을넘어서
8장확률과불확정성
불확정성의의미│코펜하겐해석│이중슬릿실험│붕괴되는파동│상보성규칙
9장역설과확률
상자속의시계│EPR역설│시간여행│아인슈타인의시간│세상에공짜는‘있다’│슈뢰딩거의고양이│참여우주
10장벨의부등식
스핀역설│편광의수수께끼│벨의실험│증명│증명의의미│확증과응용
11장다중세계
관측자를관측하는자는누구인가?│두개의현실│SF를넘어서│아인슈타인을넘어서│다시보기│에버렛을넘어서│특별한우리세계

에필로그:아직끝나지않은과제들
비틀린시공간│붕괴된대칭│초중력│우주는그자체로진공요동인가?│인플레이션과우주
옮긴이해제
미주
참고문헌
찾아보기

출판사 서평

양자역학의태동부터완성까지,양자이론100년의역사
─양자혁명의문을연20세기천재물리학자들의이야기

세상을지배해온뉴턴의고전역학관점에서는우주에존재하는모든입자의위치와속도를알고있으면그들의미래또한운동법칙을통해완벽하게결정된다.이는곧우주의미래가이미결정되어있다는뜻이기도하다.뉴턴의고전역학이낳은‘결정론적우주관’에인간의자유의지나우연이끼어들여지가없다는사실을깨닫게되면서과학자들은20세기새로운물리학을향해나아가기시작한다.

1부<양자>는빛의파동설과입자설에관한논쟁으로시작해원자의내부구조,흑체에서실마리를찾아양자혁명의도화선에불을댕긴플랑크의연구와아인슈타인의광전효과,보어의원자모형을통해‘양자’라는개념이정의된시기의새로운발견들과양자역학을이해하기위한기본개념들을다룬다.

2부<양자역학>에서는빛의입자설이받아들여진후,드브로이가물질의이중성을최초로제안하면서‘광자와전자를포함한모든입자는파동이고,모든파동은입자’라는사실을수용한과학계가고전물리학과의결별을선언한이후를이야기한다.그즈음엄청난연구들이왕성하게진척되었지만,1925년의양자이론은다양한가설과계산문제가마구잡이로뒤섞인난감한상황이었다.그러나극도의혼란을겪은후불과몇개월만에하이젠베르크의'실험을통해관측가능한것만이물리적대상이될수있다'는아이디어와양자역학방정식이고전역학방정식과같은구조임을알아차린디랙의연구를통해원자의움직임을정확하게설명할수있게되면서양자역학이정통물리학이론으로자리잡아가는과정이담겨있다.

존그리빈은특히3부<양자역학을넘어서>에서하이젠베르크의불확정성원리는양자역학의기본방정식에서유도되었지만,물리학자대부분이양자역학을대중에게소개할때불확정성원리에서이야기를시작해사람들이기본방정식을배울기회가없으며,불확정성원리를우주의근본적인특성이아닌'관측의한계'로좁게이해하는현상을안타까워한다.3부에서는양자역학의기본개념과법칙이확립된후에역량을발휘한'양자역학2세대'들에주목한다.코펜하겐해석에대한공격과방어를통해진전된논의로EPR역설,벨의부둥식,다중세계해석을소개하고있다.


우리는왜양자역학을알아야하는가?
─과학이이루어낸가장위대한업적,모든과학은양자역학으로설명된다!

과학이라는학문에많은관심과애정을보이는사람들도,유독양자역학이라는분야에는고개를돌리곤한다.‘돌멩이는위에서아래로떨어진다’처럼당연한설명을기대할수있는이론이아니기때문일것이다.양자적관점에서는돌멩이가‘아래에서위로갑자기솟아오르는’세계도존재할수있다.현실세계의물리법칙으로가능하지않다고생각되는현상도그발생확률이0이아니라면일어날수있는일이다.단지그확률이지극히낮기때문에우리의일상에서마주할수없는것뿐이다.양자역학이낯설게느껴지는원인은이처럼이론으로예측한결과가우리의상식에서크게벗어날수도있어서이다.그래서양자역학의세계로들어가려면기존의상식을모두잊어버리고“무엇이건받아들이겠다”는마음의준비가필요하다.

이런마음의준비까지하고양자세계를이해하려는노력은왜필요한것일까?양자이론은미시세계의입자가움직이는방식을설명하는학문이다.이세상의모든것은입자로이루어져있다.따라서양자역학은단순히과학의한학문분야가아니라,현대과학전체를떠받치고있는이론이라해도과장이아니다.양자역학이없었다면화학은지금도여전히암흑기를벗어나지못했을것이며,분자생물학같은분야는아예존재하지도않았을것이다.양자역학을이해하는사람은이때까지눈으로보아온세상에서멈추지않고눈에보이지않는것까지감각하게되는다른차원의경험을할수있다.누구나한번쯤인생을살다‘진리’에대한갈증을느끼듯이,하나의원리로전체를설명할수있는이론은매혹적으로다가온다.양자역학은과학기술뿐아니라,철학,문학,예술에도영향을미치는현대사회의핵심교양이다.이책을읽고나면가장훌륭한과학이얼마나단순하고아름다운지알게될것이다.


《슈뢰딩거의고양이를찾아서》가최고의입문서인이유
─양자역학을이해하는데최적화된이야기의흐름과명쾌한비유

낯선개념을대중에게친절히소개하려면,사람들이어떤부분에취약한지를알아야한다.존그리빈은그지점을누구보다잘간파하고있는작가이다.그는사람들이각각의개념은단편적으로이해해도,그개념들을유기적으로연결짓는데어려움을느낀다는것을알았다.새로운이론이학계에수용될때까지는시간이오래걸린다.그과정에서수많은학자와공식이등장한다.어떤가설은발표된후오랜시간이지나서야주요한이론으로채택되기도하고,힌트로만사용되고묻혀버리는경우도많다.각각의개념이어떻게정확성을갖춰나갔는지,누가누구에게영향을끼쳐이전의가설을보완하는새로운이론이발전했는지,저자는독자들이양자역학을이해하는데제일적합한구성으로내용을설명한다.존그리빈이과학저술가로서가장탁월한역량을발휘하는부분이다.

“대부분의교과서에는양자역학이계단을오르듯단계적으로발전한것처럼서술되어있지만,새로운이론이나새로운발견이항상시기에맞춰등장한것은아니었다.그러나모든것을‘발견된순서’로나열하면논리가중구난방으로섞이기때문에,이책에서도어쩔수없이순서를조정해야할것같다.가장좋은방법은양자역학을설명하기전에그와관련된기본개념을하나씩짚고넘어가는것이다.”_127쪽

또한그는일상의비유를들어과학적개념을설명하는데뛰어난작가이다.에너지가특정한크기의덩어리로존재한다는것을은행의현금인출기가돈을5파운드단위로만내주는것에비유하고,페르미온과보손의차이를각각공연장에서티켓값이가장비싼좌석부터순차적으로앉아있는관객과신나는노래에무대앞으로뛰쳐나가는관객에비유한다.이런비유를통해물리학적배경이충분하지않은독자들도낯선개념을직관적으로이해할수있다.

“페르미온과보손의차이는무엇인가?……스핀의정체를모르는상태에서이런설명으로만족할사람은없을테니,좀더현실적인비유를들어보자.얼마전에나는코미디언스파이크밀리건이출연하는연극을보러간적이있다.막이오르기도전에밀리건이무대로걸어나와관람객들에게말했다.“제일좋은좌석이모두비어있군요.저희홍보실직원들이비싼돈을내고제연극을관람할사람을찾지못했나봅니다.그렇다고그냥비워두기엔너무아까우니,모두앞자리로옮겨주세요.”말이끝나기가무섭게텅비어있던1등석은순식간에관객으로가득찼고,티켓값이가장싼뒷좌석은텅비었다.바로이것이페르미온의거동방식이다.하나의좌석에는한사람만앉을수있고,이들은제일앞에있는좌석부터순차적으로채워나간다.”_144~145쪽



해제를통해보완한1984년이후의양자역학
현대과학이세상을이해하는방식,양자적사고의힘!

《슈뢰딩거의고양이를찾아서》가출간되고36년이란시간이흘렀지만,사실양자역학은별로달라진것이없다.그러나그사이발견된가장큰변화로‘초끈이론’과‘힉스입자의발견’을꼽을수있다.양자역학표준모형의대안으로등장한초끈이론은전통을고수하는양자물리학자들에게충격을주었고,힉스입자는2012년에유럽입자물리연구소에서발견되어양자역학표준모형에날개를달아주었다.이두내용은이책을옮긴박병철의해제를통해보완했다.

만약이책을다읽고‘양자역학’을전부이해하지못했다고낙담할필요는없다.그것은독자의문제도이책의문제도아닌‘양자역학’이라는학문이가진기이하고괴상한특성때문이다.
그러나두가지는확실히약속할수있다.하나는이책을읽고난뒤‘슈뢰딩거의고양이’가상자안에서어떤상황에놓인것인지정확히설명할수있다는것,다른하나는양자적사고로현실세계를이해하는방식을깨닫고이전과는다른감각으로세상을바라보게될수있다는것이다.