우연에 가려진 세상 (생각실험으로 이해하는 양자역학)

우연에 가려진 세상 (생각실험으로 이해하는 양자역학)

$18.00
Description
상대성이론과 더불어 현대물리학의 두 기중을 이룬다고 알려진 양자역학은 그 난해성으로 유명하다. 이는 양자역학 자체가 가지는 “비논리성” 때문이다. 우리의 선조로부터 이어온 인간의 제한된 경험은 우리를 ‘양자역학 세상’과 동떨어지게 만든다. 분명 양자역학은 인간이 사는 세상을 설명하는 학문이지만, 같은 세상을 전혀 다르게 인식하고 묘사하는 양자역학을 보자면 우리에게 전혀 생소한 외계어라고 느껴질 수밖에 없다.
양자역학을 처음 접한 이들에게 이 외계어는 완전히 생소하고 전혀 이해가 가지 않는 말에 불과하다. 살아있는 동시에 죽어있는 ‘슈뢰딩거의 고양이’라든지, 하나의 물체가 여러 곳에 동시에 있다든지, 멀리 떨어져 있는 두 물체가 곧바로 상호작용을 한다든지...와 같은 이야기를 들으면 흥미롭기는 하지만 난해한 것은 마찬가지다. 세상에 양자역학을 제대로 이해하는 사람은 몇 안된다는 이야기도 있는데, 평범한 우리가 양자역학이 무엇인지 감이라도 잡을 수 있을까.
이 책은 인간이 양자역학을 이해하기 힘든 이유를 설명하는 것으로 시작한다. 저자인 최강신 교수는 상대성이론을 다룬 전작 『빛보다 느린 세상』에서와 마찬가지로 하나의 (사고)실험 결과에 대한 차분한 접근을 통해 그 현상을 과학적으로 인식하고 해석한다. 이 실험의 특징은 보이는 것만을 인정한다는 것이다. 볼 수 없는 것을 어설프게 표상화하지 않고 받아들일 수 밖에 없는 것만으로 논리를 전개시킨다. 한걸음씩 걸음마를 떼어가듯 나아가는 이 사고실험 과정에서 독자는 모르는 것과 이해할 수 없는 것이 무엇인지 구체적으로 알게 된다. 여기서부터 새로운 이해가 시작된다. 이 세상을 설명하는 새로운 인식 체계가 시작된다.
책의 1부를 통해서 독자는 양자역학이 다루는 것이 무엇이고 그 난해함이 어디에서 비롯되는지를 파악할 수 있다. 이후 2부에서는 파동을, 3부에서는 양자역학의 측정과 해석 문제를 다루고, 4부에서는 편광에 대하여, 5부에서는 얽힘에 대하여 알아본다. 각각의 장의 난이도는 다르지만, 중첩이나 간섭, 얽힘 등 양자역학을 논하는 데에 있어 빠지지 않고 등장하는 모든 개념을 조금 더 쉽게 설명하기 위해 노력했다.
1부의 목표는 양자역학을 직관적으로 이해할 수 없다는 것을 읽는 이들에게 납득시키는 것이다. 실제 실험을 통해 파동이 무엇인지, 입자가 무엇인지를 파악하고, 왜 양자역학에서는 파동과 입자를 구분할 수 없게 되는지를 살펴본다. 양자역학적 효과를 살펴보고 양자역학이 설명하고자 하는 것을 정리하여 독자를 본격적인 양자역학 세상 입문에 대비시키는 것이다.
이 책이 가지는 또 다른 특징 중 하나는 되도록 표준 해석이라고 여겨지는 코펜하겐 해석에 의존하지 않았다는 것이다. 측정과 해석에 대한 새롭고 꼼꼼한 접근을 통해 독자는 양자역학에 접근하는 새로운 방식을 익힐 수 있게 된다. 따라서 양자역학을 처음 접하는 초심자에게는 양자역학이 어떻게 세상을 기술하는지를 설명하고, 양자역학을 표준 해석에 따라 익힌 이들이게는 새로운 해석 방식을 제공할 수 있게 했다.
흔히 양자역학을 미시세계에서만 일어나는 현상의 확률적 기술이라고 생각하지만 저자는 양자역학이 거시세계를 인과론적으로 설명할 수 있다고 이야기한다. “우연에 가려진 세상”은 어떤 얼굴인지, 저자의 안내에 따라 이해할 수 있는 것부터 이해하고 넘어가다 보면, 어느새 독자는 양자역학의 사유 구조 언저리에 도착해 있을 것이다.
저자

최강신

이론물리학을전공했다.끈이론이이세상을구체적으로어떻게설명하는지를연구하고있다.서울대학교물리학과에서공부하고본(Bonn)대학교,교토대학교,한국고등과학원에서연구했다.지금은이화여자대학교부교수로,스크랜튼학부에서학생들과함께공부하고있다.지은책으로『빛보다느린세상』과『QuarksandLeptonsfromOrbifoldedSuperstring』(공저)가있다.

목차

들어가는이야기:운동의문제

1부이상하고아름다운
1.가장아름다운실험
2.실험결과를물결로계산할수있다
3.물체가두곳을동시에지나가는것일까?
4.확률해석
5.결정론적세계에서의확률
6.측정문제와코펜하겐해석
7.입자와파동의구별이없어졌다

2부파동의이해
8.파동
9.파동은더해진다.겹실틈무늬의해석
10.파동은장애물을에돌아간다
11.빛한개,근본적인파동
12.파동함수
13.파동의변화를말해주는슈뢰딩거방정식
14.양자

3부슈뢰딩거의고양이는살아있을까
15.슈뢰딩거의고양이
16.측정문제
17.보고싶은것만볼수있다
18.불확정성원리:두성질사이의긴장관계
19.여러세계해석
20.길잡이파해석
21.겹실틈의어디를지나가는가

4부편광,더단순한세상
22.편광
23.편광을설명하는방법
24.광자하나의편광
25.광자의편광을이야기할때생기는문제

5부얽힘,그리고실재에대한도전
26.얽힘
27.아인슈타인,포돌스키,로젠의제안
28.벨부등식과실험
29.양자역학의성공
30.실재에대한도전
31.양자정보

부록자세한이야기
32.우리는전자를보았을까
33.파동의간섭,푸리에정리,불확정성원리
34.입자와파동을한꺼번에다루는해밀톤역학
35.전자는모든곳으로간다

용어설명
참고자료
주석

출판사 서평

양자역학을처음접하고나서충격을받지않은사람은
아마도양자역학을이해하지못해서일것이다
“자연이우리가알고있는대로행동하면배울것이없을것입니다.”영국의이론물리학자존엘리스는영국의엘리자베스2세여왕을만나이와같은말을남겼다.자연이우리의이해와는다르게행동한다니,무슨뜻일까?
이질문에대한답은양자역학이쥐고있다.하지만,양자역학이자연을설명하는이론으로받아들여지고100년이지난지금도우리는양자역학이라는학문이어색하고어렵기만하다.아마도양자역학의이론이주로우리의눈에보이지않는,아주작은세상에서일어나는일들만설명한다고생각하기때문일것이다.아니면우연으로뒤덮인기묘한세상을수학적으로기술하는것에그친다는양자역학이라는학문의한계일지도모른다.

양자역학에서는합리적인것이먹히지않는다
-존스튜어트벨
인간의사유체계는그인간이처한상황을이해하고설명하기에적합한구조를가지고있다.19세기말과학자들은뉴턴과맥스웰의수학적이론과이를바탕으로하는예측으로그당시인식하는세상을완벽하게설명하기직전에있다고생각했다.하지만얄궂게도그런자신감에충만하게된지얼마후,우리가인식하지못하던,하지만분명히존재하는,기존의과학으로는이해할수없는세상이드러났다.
그러나사실이세상을설명하기위해등장한양자역학도세상이왜그렇게작동하는지는설명하지못한다.다만어떤상황에서어떤결과가나오는지확률적으로계산할수있을뿐이다.그수학이뭔가부족한것인지,아니면완벽한수학이지만그저수학일뿐인지알수없다.그래서양자역학이개념적으로미완성이고기초부터새로기술해야한다는주장도있다.

과학은매일매일의상식을조금더정교하게해놓은것에지나지않는다
?알베르트아인슈타인
하지만아인슈타인이말했듯과학은매일일어나는일을조금더정교하게기술하는것에불과하다.양자역학이“왜”라는질문에대답해줄수없을지는모르지만,이세상을조금더정확하게설명한다는것은사실이다.그리고같은맥락에서생각하자면,어렵고난해한양자역학도결국우리의일상을설명하는학문에불과한것이다.
그러니양자역학을이해하는데에있어미리겁먹을필요는없다.이책의목표는양자역학을직관적으로이해할수없다는것을독자에게납득시키는것이다.양자역학을이해하는것은어렵다.그러나불가능한일은아니다.
이를위해서는다시실험으로돌아가야한다.해석이분명하지않은수학을쓰는대신,직접확인할수있는것이무엇이고어디까지인지를다시살펴보는것이다.우리의눈으로이상한일을확인하고나면,양자역학을이해하는과정에서어떤것이문제인지를따져볼수있다.
『우연에가려진세상』은한걸음씩걸음마를떼어가듯나아가는사고실험과정에서모르는것과이해할수없는것이무엇인지구체적으로설명한다.여기서부터새로운이해가시작될것이다.이세상을설명하는새로운인식체계가시작되는것이다.