세상에서 가장 쉬운 과학 수업 불확정성원리 : 광학의 역사부터 슈뢰딩거 방정식의 탄생까지

세상에서 가장 쉬운 과학 수업 불확정성원리 : 광학의 역사부터 슈뢰딩거 방정식의 탄생까지

$22.00
Description
미시 세계 탐구의 관문, 양자역학의 문을 연 불확정성원리
과학의 새로운 시대를 불러온 혁명적인 논문 속으로!
〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 다섯 번째 책. 양자역학의 문을 연 하이젠베르크의 불확정성원리를 중심으로 양자역학의 탄생 과정을 자세히 다룬다. 논문을 풀어가며 수식을 외면하지 않되, 이론의 역사적 배경들과 함께 자연스럽게 이해를 돕는다.
1924년부터 1926년까지 3년 동안은 양자역학이 형성되는 시기로 훌륭한 이론 물리학자들이 대거 등장한다. 이 책에서는 1924년 드브로이의 물질파 논문, 1925년 하이젠베르크의 불확정성원리 논문, 1925년 보른과 요르단의 불확정성원리 논문, 1926년 슈뢰딩거의 슈뢰딩거 방정식 논문에 관한 내용을 차례로 소개한다.
독자들의 이해를 돕기 위해 먼저 광학의 역사로 이야기를 시작했다. 빛이 입자인가 파동인가의 논쟁은 아주 긴 시간 이어져 왔다. 그 종지부를 찍은 드브로이의 물질파 이론은 이듬해 하이젠베르크가 불확정성원리 논문을 발표하는 데 큰 역할을 했다.
하이젠베르크와 거의 비슷한 시기에 불확정성원리를 연구한 보른과 요르단의 이야기도 곁들였다. 또한 대학교 2학년 때 배우는 푸리에 급수, 해석역학의 역사를 고등학교 수준의 수학으로 설명하여 책에 전개된 논문의 이해를 도왔다.
이 책을 통해 양자역학 초기 영웅들의 이야기를 그들의 논문과 함께 살펴보면서 노벨 과학상을 꿈꾸는 우리의 마음가짐이 어떠해야 할지 되새기는 기회가 될 것이다.

북 트레일러

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저자

정완상

저자:정완상
과학에대한호기심으로서울대학교무기재료공학과에다녔고,물리를향한마음이더욱커져한국과학기술원(KAIST)에서이론물리학을전공하며석박사학위를받았다.30세에경상국립대학교물리학과교수가되어학생들에게물리사랑을전파하고있다.초심을잃지않기위해꾸준히연구하며현재까지국제학술지(SCI저널)에300여편의논문을게재했다.직접만나는학생뿐만아니라더많은학생들에게과학과수학의즐거움을알려주고자책을통해독자를만나고있다.<과학자가들려주는과학이야기시리즈>중《아인슈타인이들려주는상대성이론이야기》를비롯한31권과<과학공화국법정시리즈>50권을집필했다.최근에는중학교에서도통하는초등수학을카툰으로그린<개념잡는수학툰시리즈>를출간했고,노벨상오리지널논문을쉽게풀어낸<노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학시리즈>를집필중이다.우리나라의노벨과학상수상자가쏟아져나오기를바라는마음에서네이버카페<정완상교수의노벨상-오리지널논문공부하기>를운영하기시작했다.

목차

추천사
천재과학자들의오리지널논문을이해하게되길바라며
양자역학의문을열다_파인먼박사깜짝인터뷰

첫번째만남│광학의역사
스넬의법칙_빛의반사와굴절
페르마의최소시간원리_스넬의법칙을증명하다
훅의법칙과단조화진동_원래대로돌아가자!
뉴턴의입자설과하위헌스의파동설_빛은입자일까,파동일까
영의실험과빛의파동설_밝고어두운무늬를관측하다
전자기파의발견_무선통신의시작

두번째만남│물질의이중성
드브로이,물질의이중성을주장하다_파동과입자의성질을모두!
물질파와보어의원자모형_파동이소멸하지않는조건
물질파의발견_실수가만들어낸위대한결과

세번째만남│푸리에급수와푸리에변환
오일러공식_삼각함수와지수함수의관계
푸리에급수_주기함수를사인과코사인으로나타내기
복소수로나타낸푸리에급수_한걸음더나아가자

네번째만남│불확정성원리논문속으로
하이젠베르크의젊은시절_새로운양자이론의등장전야
하이젠베르크와보른의대결_행렬역학의삼총사
하이젠베르크의불확정성원리_불연속대연속
보어의양자화조건에대하여_새로운곱셈규칙의적용
양자단조화진동문제_양자론에서나타나는불연속적위치의이동
보른의불확정성원리_위치와속도에주목하다

다섯번째만남│해석역학의역사
오일러의변분법_두점사이의최단경로
라그랑주의해석역학_변분법을역학에적용하다
해밀턴의방정식_다른방식으로역학을기술하다
해밀턴-야코비방정식_작용이만족하는방정식

여섯번째만남│슈뢰딩거방정식의탄생과불확정성원리의완성
슈뢰딩거의등장_새로운방정식의발견
슈뢰딩거의논문속으로_양자역학을지배하는방정식의탄생
하이젠베르크-보른-요르단관계식과슈뢰딩거방정식_다르게보이지만결국같은것
보른의확률해석과에렌페스트의기댓값_복소수문제의해결
슈뢰딩거,양자역학으로단조화진동을풀다_하나의답을찾아서
불확정성원리의완성_동시에정확하게측정할수없다
하이젠베르크의강연_현미경렌즈로물체를보는가상실험

만남에덧붙여
OntheQuantumReinterpretationofKinematicalAndMechanicalRelationships_하이젠베르크논문영문본
AnUndulatoryTheoryoftheMechanicsofAtomsAndMolecules_슈뢰딩거논문영문본
위대한논문과의만남을마무리하며
이책을위해참고한논문들
수식에사용하는그리스문자
노벨물리학상수상자들을소개합니다

출판사 서평

★전국과학교사모임추천 ★시민과학시대필독서
★이공계진학예정자필독서 ★세계최초로노벨상수상자의오리지널논문을다루는책
★일대일친절한과학수업 ★오리지널논문영문본수록

세상을바꾼양자역학,그시작에불확정성원리가있었다

‘꿈의컴퓨터’로불리는양자컴퓨터를둘러싼글로벌경쟁이치열해지고있다.구글,IBM등미국기업이상용화에근접한가운데중국,일본,유럽등강대국들이치열한경쟁을펼치고있다.양자컴은원자와같은미시세계를다루는양자역학이론을기반으로만들어진다.양자컴은이미수퍼컴퓨터보다연산능력에서앞서면서산업계에선AI,신약,우주,군사분야에활용하기위한개발연구도발빠르게진행되고있다.한국도오는2035년4대양자강국진입을목표로3조원을투자할계획이다.[조선일보기사2023.9.12.]

현재우리가사용하는컴퓨터는이진법체계를기본으로한다.0이나1둘중하나를정보단위로인식해연산하는것이다.그런데최근대두되는양자컴퓨터는물리학의양자역학을바탕으로새로운논리를제시한다.양자역학의불확정성원리를응용하여0과1의두가지상태를동시에표시할수있다.그리하여기존컴퓨터보다정보처리능력이월등히빨라진다.지금의슈퍼컴퓨터로는1만년이나걸릴문제를단몇백초만에해결할수있게된다.
양자역학은세계를바꾸어놓았고,현재도미래도그러할것이다.그시작에바로하이젠베르크의불확정성원리가있었다.
하이젠베르크의불확정성원리는슈뢰딩거의방정식과더불어양자역학시대를열었다.이후미시세계를다룰때는고전물리학이아닌양자역학을사용하게되었다.양자역학은핵을비롯하여고체,별의연구에도활발히적용되어핵물리,고체물리,항성물리등새로운물리학분야를만들었다.
이책을읽으며과학의새시대를연불확정성원리를깊이탐구해보자.

너무나혁명적이었던,양자역학의기본바탕이된논문을샅샅이파헤치다
“논문의내용이너무혁명적이어서학술지에투고할자신이없다.”-하이젠베르크
“누군가양자역학에대해아무런곤혹감도느끼지않는다면그는이이론을진정으로이해하지못한것이다.”-보어

양자역학의근간인불확정성원리를제대로이해하기란쉽지않다.그렇다고수박겉핥기처럼훑고넘어가자니불확정성원리는양자역학에서매우핵심적인이론이다.《세상에서가장쉬운과학수업불확정성원리》는과학과역사두마리의토끼를다잡는노력을기울였다.
먼저불확정성원리에제대로접근하기위해이론을확립하는배경이된광학의역사이야기부터시작했다.빛의입자설과파동설,그종지부를찍은드브로이의물질파이론.이들을통해불확정성원리로들어가는길을수월하게한다.또한책의중심이되는하이젠베르크와슈뢰딩거논문의이해를돕고자푸리에급수와해석역학에관한설명도더했다.
이책의주된특징은노벨상을수상한위대한이론에대하여그것을역사적인사실이나배경만설명하고그치는게아니라,논문의핵심인수식에정면도전한다는것이다.그래서이뛰어난업적을이룬과학자의마음을느껴보고노벨과학상에한걸음나아가게하는것이그목적이다.더불어교수와학생의일대일대화로차근차근수업하는방식을통해좀더쉽게다가갈수있게하였다.

과학과철학의융합적사고,이시대가원하는인재상하이젠베르크

이책은중심인물인하이젠베르크의생애도소개하고있다.이론물리학자이기때문에갖는선입견과달리그는피아노연주실력이수준급이었고어린시절부터상당한수준의철학교육을받았다.그가저술한책으로는《물리학과철학》《부분과전체》가유명한데,특히《부분과전체》에서는양자역학에서제기되는온갖철학,윤리,사회,정치,종교적주제를다루었다.
이렇듯과학과철학의융합적사고가고전과학의틀을과감히깨는데영향을미치지않았을까?하이젠베르크야말로요즘시대가원하는인재상이라고할수있다.독자들도그의삶을통해융합적사고의필요성을느끼고세상을폭넓게바라보는생각의힘을기를수있기바란다.