양자역학 쫌 아는 10대 : 일상 어디에나 있는 아주 작고 이상한 양자의 세계 - 과학 쫌 아는 십대 16

양자역학 쫌 아는 10대 : 일상 어디에나 있는 아주 작고 이상한 양자의 세계 - 과학 쫌 아는 십대 16

$13.00
Description
“우리 몸이 먼지보다 더 작아진다면 어떤 일들이 벌어질까?”
양자 세계를 이해하고자 한 과학자들의 끝없는 도전과 탐구
눈에 보이지 않는 원자로 온 세상을 이해하는 양자역학의 세계
양자 컴퓨터, 양자 암호 등 최신 과학 이슈에서 보듯, 양자역학에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 하지만 먼지보다도 작은 미시 세계에서 일어나는 이상하고 신기한 양자역학의 개념을 이해하기란 아직 어렵기만 하다. 양자역학은 양자들의 정체와 그들 사이의 상호작용을 밝혀 오늘날의 현대 과학 기술과 정보 통신 문명을 탄생시킨 중요한 학문이다.
《양자역학 쫌 아는 10대》는 막스 플랑크부터 아인슈타인에 이르기까지 양자 세계를 이해하고자 기존의 물리학적 고정관념을 버리고 과감하고 도전적으로 연구한 과학자들의 이야기를 담았다. 이들의 연구 과정과 성과를 따라가며 양자역학의 원리를 알고 우리와 세상, 나아가 우주를 이해하는 핵심 개념으로서 이해할 수 있도록 돕는다. 특히 ‘양자돌이’라는 귀여운 입자의 여행을 따라가다 보면 흐릿했던 양자 세계를 또렷하게 이해할 수 있어 한층 쉬운 양자역학 입문서로 손색이 없다. 또한 양자역학이 적용되는 미래 과학 기술들을 미리 만나보면서 과학적 사고의 틀을 넓히는 좋은 기회가 될 것이다.

저자

고재현

서울대학교물리학과를졸업하고한국과학기술원(KAIST)물리학과에서박사학위를받았습니다.그후일본츠쿠바대학교와삼성코닝연구원을거쳐서현재한림대학교반도체·디스플레이스쿨교수로재직하고있습니다.물리학의핵심과목인양자역학의신기하고이상한세계에는고등학교때부터빠져들었습니다.디스플레이와레이저분광학분야에서교육및연구를하고있고양자역학의원리를연구에적극활용하고있답니다.〈한국일보〉와〈세계일보〉등일간지에과학칼럼을연재하면서과학대중화의중요성을느끼고,매년10월마지막토요일에전국도서관에서진행하는‘10월의하늘’강연등다양한과학강연으로학생들과만나왔습니다.지은책으로《빛쫌아는10대》,《전자기쫌아는10대》,《빛의핵심》등이있습니다.나와세상,우주를이해하고미래를이끌어나갈청소년여러분을현대물리학의진면목을보여줄양자역학의세계로초대하고자이책을썼습니다.

목차

들어가는글_원자의세계,이상한나라로의여행

1.고전물리학에드리워진어둠
물체의운동을완벽히설명하는완벽한이론┃고전역학의성공과결정론┃과학자들의낙관과서서히드리워진어둠┃설명할순있으나이유는모르는

2.원자,넌도대체뭐니?
근대적원자이론의시작┃원자의움직임을찾아┃서서히정체를드러낸원자의모습

3.양자역학의탄생
보어가제시한원자와양자도약┃파동이냐입자냐,그것이문제로다!┃양자역학의탄생

4.양자역학사용설명서
고전역학사용설명서vs양자역학사용설명서┃고유에너지와고유함수!┃양자상태의중첩

5.원자에서물질로
원자속전자쌓아올리기┃모두가부러워하는비활성기체와주기율표의비밀┃원자에서분자로┃다양한고체분류법

6.양자전성시대
양자상태와얽힘┃순간이동이가능하다고?┃양자컴퓨터의오해와진실┃은밀히,더은밀히…양자암호통신의세계

맺는글_양자의시대,양자역학은필수!
더읽어볼책들

출판사 서평

순간이동,두얼굴의모습,운명적으로얽혀있는존재들…
거시세계의우리에게는이상하고신기한미시세계속양자들의이야기
양자역학,대체뭘까?

요즘과학분야의대세중하나는양자역학이다.몇년전부터〈아이언맨〉,〈앤트맨〉같은영화에서입자가속기나순간이동등의양자역학개념들이등장하더니최근에는양자컴퓨터개발에대한기대감도커지고있다.도대체양자역학은무엇일까?

양자역학은아주작은미시세계속원자의세계를기술하는학문이다.양자역학덕분에기존의고전물리학으로는설명되지않던물질의성질들을파악할수있게되었다.

《양자역학쫌아는10대》에는슈뢰딩거의고양이로유명한슈뢰딩거와아인슈타인,보어,막스플랑크등우리가익히아는과학자들이다양한실험과연구를통해양자역학의개념들을탐구해나가는과정이담겨있다.과학자들과함께고정관념을깨고여러시행착오를겪으며고유상태,중첩,얽힘등미시세계만의이상하고독특한특성을파악해나가다보면낯설지만묘하게이해되는양자역학의매력에빠져들것이다.

또한견우와직녀이야기와영화〈스타트렉〉속순간이동,만화〈마징가Z〉의아수라백작등의재미있는예들을통해양자역학의정체를쉽게파악하고좀더직관적으로이해할수있도록풀어냈다.

우리가사는물질세계를이해하는법
양자역학이없었다면어떻게살고있을까?
미래과학을이끌청소년에게꼭필요한
쉽고재미있는양자역학사용설명서!

과학의역사는우주의천체들과우리주변사물들의운동처럼큰것에서출발하여원자나분자,그보다더작은것들을이해해나가는것으로이어져왔다.큰것을다루는고전물리학을탐구하던과학자들이눈에보이지도않을만큼작은양자의세계로넘어갔듯말이다.그런데누군가는우리가굳이원자나분자등미시세계에대해알아야하느냐고물을수도있다.우리가살고있는일상(거시세계)의물리법칙도아닌데말이다.

이에대한답은의외로당연하고명확하다.우리주변의모든사물을이루고있는것이원자이기때문이다.고체와액체,기체를구분하는것이나도체와반도체와부도체를구분하는것,물체들이띠는색의이유와더나아가온실기체가지구온난화에영향을미치는원리까지도양자역학을이해해야알수있다.이미양자역학은물리학뿐만아니라다른이공계분야,더나아가철학과문학,예술분야에도영향을미치고있다.오늘날현대문명을구축한기반이자미래를열어나갈중요한학문인양자역학은이제우리모두에게필요한최소한의교양이될것이다.

《양자역학쫌아는10대》는한번쯤궁금했지만어려운개념때문에엄두를내지못했던이들을위한‘양자역학사용설명서’이다.양자컴퓨터,양자암호등미래과학기술을알고싶은청소년들뿐만아니라양자역학에쉽게입문하고싶은성인독자들에게도추천할만하다.고전물리학과의차이점으로양자역학을정의하고,다양한실험들의과정을따라가며점차완성되는양자역학의개념들을명확하게정리할수있다.나아가양자역학이가진가능성을알아가며미래에주목받을과학기술의흐름도미리알수있다.

책속에서

우리주변의모든사물은무엇으로이루어져있지?맞아,원자야.원자로이루어진물질의성질은당연히원자에대한학문인양자역학을통해서만정확히이해될수있는거지.고체·액체·기체의구분,도체,반도체,부도체의구분도양자역학을통해서가능하고,물체들이왜색을띠는지,우리눈이그색을어떻게인식하는지,온실기체가왜지구온난화에책임이있는지등등온갖자연현상들역시양자역학이라는창문을통해바라봐야제모습대로보이고해석이되는거야.이것이오늘날현대문명을구축한기반이자앞으로의미래를열어나갈중요한학문으로작동한단다.
---「들어가는글」중에서

아인슈타인은빛이입자의흐름이라는과감한주장을하면서광전효과를설명했단다.빛에너지는연속적이지않고불연속적인입자의흐름이라는것!이런혁명적인주장이후로세상은연속적인색채의흐름이만드는수채화가아니라,다채로운색의점들이그림을이루는점묘화의모습을띠게된셈이지.이를‘에너지의점묘화’정도로묘사할수있을까?그렇지만이런과감한주장이과학계에바로수용된건아니야.당시많은이들이아인슈타인의주장을터무니없다고생각했거든.빛에너지의양자화에근거해흑체복사를설명한플랑크조차도처음에는아인슈타인의주장이틀렸다고생각했대.
---「1.고전물리학에드리워진어둠」중에서

옛날부터파동이라고생각했던빛은빛알이라불리는입자처럼행동하기도해.입자라고생각했던전자(그리고원자나다른미시적인입자들)는파동처럼행동하기도해.즉,우리가맨눈으로볼수없는미시세계의존재들은파동이면서입자라는이중성을갖고있어.내가어렸을때즐겨봤던만화〈마징가Z〉에는아수라백작이라는인물이등장해.얼굴의절반은남자고나머지절반은여자로되어있는양성인간이었어.그래서얼굴을돌리면한쪽에서는여자로보이고,다른방향에선남자로보였지.미시세계의입자들을바로아수라백작과비슷한존재로비유할수있어.어떤상황에서는파동으로,또다른상황에서는입자로행동하니까말이야.그러나다시강조하지만이건결국우리가미시세계를적절히기술할수있는개념이나언어를갖고있지않다는의미이기도해.“파동이자입자”라고설명해야하는건미시세계를직관적으로느낄수없는인간이내놓은궁여지책이라할수도있을것같아.
---「3.양자역학의탄생」중에서

결국분자의에너지준위는전자가가지는에너지,분자의진동에너지,그리고분자의회전에너지까지복잡하게얽혀있어.그렇지만이런복잡한에너지구조는분자마다다다르기때문에분자의이름표로사용할수있단다.그래서아무리멀리떨어져있는우주공간이라도특정한분자의에너지구조를확인할방법이있다면우린거기에직접가보지않고도어떤분자들이존재하는지알수있지.이것이천문학자들이우주를탐구할때사용하는중요한방법중하나란다.
---「5.원자에서물질로」중에서

이세상만물은원자,그리고원자들이결합한분자들로구성되어있지.만약어떤새로운질병에효과적일수있는신약물질을개발한다고해보자.약을구성하는분자의특성을어떤방식으로알아야할까?맞아.앞의4장에서소개했던슈뢰딩거방정식을그분자에적용해푸는거야.그렇게구한해답을이용해분자속전자가가지는에너지나전자의움직임을알아낼수있어.하지만분자를이루는원자의수가많아지면현대의슈퍼컴퓨터로도감당이안될만큼계산의양이더늘어나지.

이대목이바로양자컴퓨터의장점이발휘되는부분이란다.분자는양자역학적규칙에따라행동해.양자컴퓨터는바로전자들의다양한중첩상태를큐비트로직접구현할수있고분자속전자의움직임을아주효과적으로묘사할수있지.양자역학의규칙을따르는분자들을양자컴퓨터로만가장자연스럽게묘사할수있다는건어찌보면너무나당연하게느껴지지않니?그래서분자의성질을효과적으로파악하고이를통해신약물질의설계나새로운에너지소재등을개발하는연구에도양자컴퓨터가큰역할을할거라고기대하고있어.
---「6.양자전성시대」중에서