양자 텔레포테이션으로 인간을 전송할 수 있을까? (쉽게 읽을 수 있는 양자역학)

후타마세도시후미

1953년홋카이도출생.교토대학이학부를졸업하고영국웨일스대학교소속카디프대학교응용수학·천문학부박사과정을수료했다.독일막스플랑크천체물리학연구소,미국워싱턴대학교연구원,도호쿠대학원교수,교토산업대학교수를역임했고,현재도호쿠대학명예교수로활동하고있다.전공은일반상대성이론과우주론이다.
주요저서로는『Mr.아인슈타인,시간여행에도전하다』(국내출간),『우주와천체의원리를그림으로쉽게풀이한천문학사전』(국내출간),『진짜재미있다!신판우주용어도감』,『기초부터배우는우주과학:현대천문학으로의초대』,『블랙홀:우주최대의수수께끼는어디까지밝혀졌을까?』등다수가있다.

지은이의말
Introduction_간단하게훑어보는양자역학

1장.아브라카다브라!신비한양자의세계
미시세계의주민은모두양자/흰색일수도있고검은색일수도있는수수께끼의양자오셀로/확률이공존하는중첩상태는아닐까?/오셀로로알아보는양자얽힘의모순:EPR역설/동시성의상대성vs동시성의절대성/정보의이동속도는광속보다빠를까?/상식과동떨어진양자의세계/양자텔레포테이션으로순간이동을할수있을까?/무엇이전송될까?전송된물질은진짜일까?/양자텔레포테이션실용화까지앞으로한발짝/인간을텔레포테이션하려면?

2장.미시세계의문이열리다
용광로는정확히몇도일까?/19세기물리학자들의고민/빛에너지는불연속적이다:양자의존재를예언한플랑크/세계의법칙을지배하는세숫자:플랑크상수,광속,뉴턴의중력상수/빛은파동이다:발상을바꾼맥스웰/빛은입자이다:아인슈타인의광양자가설/빛은파동인동시에입자이다/전자도입자인동시에파동이다:드브로이가설/전자가원자핵주위에존재하는이유:보어의원자모형과양자조건/파동의형태로원자핵주위를도는전자/두방정식중올바른식은?:하이젠베르크와슈뢰딩거/관측한순간에양자의파동이수축한다고?:슈뢰딩거의주장/전자가그자리에서발견될확률을나타낸파동함수:보른의주장/실체가없어순식간에붕괴해도문제없는파동함수/정확한원리를몰라도결과가도출되는코펜하겐해석

3장.양자역학의미스터리
쉽게이해하는이중슬릿실험/빛의간섭을증명하는간섭무늬/전자가하나씩떨어져있어도나타나는간섭무늬/아인슈타인-보어논쟁:간섭무늬와관측은양립할수있는가?/미시세계와거시세계의경계는?/EPR역설역시주목받지못하고……/사고실험‘슈뢰딩거의고양이’:삶과죽음의중첩상태/중첩상태가붕괴하는양자결어긋남의원리는여전히수수께끼

4장.양자역학,증명완료!
아직발견되지않은‘숨은변수’가있는게아닐까?/덧셈과뺄셈으로이해하는벨부등식:CHSH부등식/벨부등식의위배를증명한아스페의실험/부등식에숨어있던암묵적전제

5장.핵융합스캔들과초전도열풍:양자의빛과어둠
양자역학으로이해하는핵분열과핵융합/태양은무엇을‘태워서’에너지를만들까?/태양의핵융합이가능한이유는터널링효과때문/꿈의에너지,핵융합로/국제핵융합실험로ITER계획/20세기최대의과학스캔들,상온핵융합/송전손실을최소화하는초전도체/금속은왜저온에서초전도상태가될까?/양자역학으로해석한쿠퍼쌍과초전도현상/전세계를떠들썩하게한고온초전도체/노벨상수상이유력했던신예연구자쇤의사기극

6장.양자의시대가온다:양자컴퓨터와암호
컴퓨터의초창기역사/슈퍼컴퓨터로도풀기힘든외판원순회문제와소인수분해/양자3형제:파인만,도이치,에버렛/거시적관측은중첩상태를붕괴시킨다:코펜하겐해석/우리가사는우주가무수히분기한다:에버렛의다세계해석/우주의시작점에서는성립하지않는코펜하겐해석/양자컴퓨터의기초,2진법/종언을맞이한무어의법칙:성능향상의한계/다중우주의양자컴퓨터가계산을돕고있다고?/양자게이트로좁힌정답후보/소인수분해를이용한RSA암호의위기/양자암호의시대가온다/조합최적화문제해결에적합한양자어닐링/양자컴퓨터의현상황①:어떤방식으로큐비트를구현할까?/양자컴퓨터의현상황②:실용화에는오류정정기술의발전이필수

7장.블랙홀을양자역학으로규명하다
상대성이론으로고찰한블랙홀:공간자체가낙하하다/태양보다100억배큰초대질량블랙홀/서로닮은두물리법칙:블랙홀역학제2법칙과엔트로피증가법칙/엔트로피의정체는거시상태에대응하는미시상태의수/블랙홀의엔트로피=알수없는미시상태의정보량/양자를공간에퍼져있는장의진동으로해석하는양자장론/진공요동(영점진동)/진공에서끊임없이일어나는쌍생성과쌍소멸/진공에서생겼다가사라지는양자얽힘/광자의쌍생성으로블랙홀이증발한다:호킹복사/블랙홀정보역설:정보의소실/양자얽힘을완벽하게관측하면정보가사라지지않는다/초끈이론:양자중력이론의유력후보/초끈이론으로해석한블랙홀의엔트로피/중력이중력이외의힘과동등하다고?:말다세나추론/블랙홀내부는웜홀의입구:섬가설

8장.양자얽힘이시공간을만든다
통조림수프로이해하는말다세나추론/공간과양자얽힘의관계:류-다카야나기공식/양자얽힘이공간을만든다고?:공간의창발/‘장’을매개로작용하는힘:일반상대성이론복습①/시공간을왜곡하는원인은물질:일반상대성이론복습②/아인슈타인-로젠다리(=웜홀)/ER=EPR의의미/중력이양자얽힘으로만들어진다고?/양자컴퓨터로밝힌양자와시공간의연결고리

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아인슈타인도이해못했다는수수께끼학문,양자역학!
그미지의세계를인정해야한다면,
어떻게조금이나마친해질수있을까?

신문이나뉴스등에서종종만나곤하는‘양자컴퓨터’.그런데‘컴퓨터’는익숙해도‘양자’가정확히무엇인지아는이는많지않다.그저일종의작은입자라는모호한이미지만떠오를뿐이다.하지만이는양자를둘러싼무궁무진한이야기중하나에불과하다.
간단히말하면‘양자’는분자,원자,전자,소립자등매우작은입자들의통칭이다.그리고이양자의움직임을지배하는미시세계의법칙을다룬학문을‘양자역학’이라고한다.양자는서로떨어진두장소에동시에존재할수있다는,인류의상식을초월한수수께끼의존재이기도하다.1920년대에양자역학의기초가정립될당시,이기묘한성질때문에물리학자들사이에는격렬한논쟁이벌어졌다.양자역학을부정한대표적인인물인아인슈타인의“신은주사위놀이를하지않는다”역시이시기에남긴말이다.그만큼양자역학의등장은그전까지의물리학을‘고전물리학’이라는이름으로구분하게되었을만큼과학계의판도를뒤엎는사건이었다.
100여년이지난지금,양자역학의원리로개발된반도체는가전제품과자동차,비행기등수많은분야에쓰이고있으며양자통신,양자컴퓨터,광격자시계등양자역학의활용범위는점점넓어지고있다.양자역학이없으면현대사회는성립되지않는다고해도과언이아니다.이렇듯우리의삶과아주밀접하게닿아있는학문이지만,양자역학의내용은얼핏봐도여전히낯설고받아들이기힘들다.이에연구자들은입을모아말한다.“양자역학에는아무런문제가없다.단지이를이해하지못하는우리,인간이문제일뿐이다.”

명쾌한해설과50여가지의도해로만나는
양자역학의탄생과발전,그리고미래

『양자텔레포테이션으로인간을전송할수있을까?』는세계와미래를바꾼신비한양자역학을기초부터재미있게이해할수있는입문서이다.앞에서소개한양자의개념을비롯해,양자역학의탄생및정립과정,양자역학을활용한기술,양자역학을둘러싼과학계의크고작은사건들,양자역학의전망에이르기까지50여가지의직관적인그림과함께명쾌하고친절하게해설했다.‘양자의원리를이용해순간이동을할수있을까?’‘그유명한‘슈뢰딩거의고양이’실험은무슨내용일까?’‘과학계를떠들썩하게만든양자역학스캔들은무엇일까?’‘우주가무한히갈라지고있다는게무슨말일까?’‘양자역학과블랙홀사이에는어떤상관관계가있을까?’등등,양자역학을둘러싼주요화두와궁금증을이한권에가득담았다.
양자역학은그야말로유사이래가장이상하고도매혹적인학문이며,여전히그수수께끼는현재진행형이다.그래서더욱궁금하고알고싶은세계이기도하다.이한권이양자역학이라는미지의세계에한걸음성큼다가가는계기가되길바란다.