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양자 역학이란 무엇인가 - 원자부터 우주까지 밝히는 완전한 이론, 개정판
마이클 워커 지음, 조진혁 옮김, 이강영 감수 / 처음북스 / 2023년 1월
평점 :
양자역학은 보어와 아인슈타인의 논쟁으로 태동했다고 봐도 될 정도로 이 둘의 논쟁은 유명합니다. 이때가 양자역학의 초창기였고, 1927년 솔베이 국제회의때 찍은 사진은 보어와 아인슈타인의 거리만큼이나 양자역학논쟁의 중요한 사진이며 그때의 과학의 관계를 설명할때 항상 쓰이는 사진입니다. <양자역학이란 무엇인가>는 양자혁명부터 이론의 전개, 한국에서도 누리호, 다누리호 등으로 우주에 대한 관심이 높아졌는데 빅뱅, 블랙홀, 초신성 등을 논하고, 양자론과 그 배경 마지막으로 초전도체, 핵융합, 반도체 등의 발명품의 원리를 설명해서 양자역학의 출발과 현재 응용(발명품)과 실용성까지는 다룹니다. 양자역학이 전자전기의 근원이고 그래핀, 나노튜브 등까지를 다룹니다.
저자 마이클 워커는 은퇴한 물리학자이자, 재료과학자, 공학자, 발명가, 프로젝트매니저 등을 해왔다고 합니다. 학위는 MIT와 카네기 멜론대에서 학위를 했습니다. 연구분야는 초전도체이고 그 응용까지가 그의 연구분야입니다.
리처드 파인만은 세계적인 물리학자입니다. 양자역학은 아무도 이해하지 못한다고 했습니다. 이는 본인포함이죠. 그는 양자역학을 설명하기위해 매우 많은 노력을 했지만 그는 설명하지 못했고 그냥 받아들여라로 넘어갔습니다. 이런 이유로 아인슈타인은 죽을때까지 양자역학을 인정하지 않았죠. 아인슈타인의 상대성이론도 이해하기 쉽지 않지만 이는 보이는 대상을 설명하는 것이지만 양자역학은 보이지 않는 원자수준의 이야기이고 그 원자도 측정을 할려고 하면 변화하는 대상이라 측정자체가 불가능한 영역이라서 인간의 이해에 문제가 생깁니다. 이런 과정을 거치면서 하이젠베르그(행렬역학), 슈뢰딩거(파동역학), 폴 디랙(양자역학) 등은 모두 영자역학에 관한 같은 결론에 도달하면서 원리를 완성합니다. 이럼으로써 고전역학의 절대론이 깨지고 파동함수의 통계적 해석으로 확률적으로 결론이 나는 아인슈파인이 말한 '신은 주사위놀이를 하지않는다'라는 이야기를 수학적 증명으로 뒤집었습니다. 하지만 인간의 이해로 왜 그렇게 되는지는 인간의 영역은 아닌듯이 모두 말합니다.
최근 제임스웹 우주망원경이 허블망원경이 그간 찍은 우주사진을 능가하는 사진을 보여주고 있습니다. 이로인해 초신성과 블랙홀에 대한 연구가 급진전되고 있습니다. 이 우주부분에도 양자역학은 큰 영향을 주었다고 합니다. 끈이론, 빅뱅, 암흑물질, 암흑에너지, 등을 설명합니다. 솔직히 잘 모르겠습니다. ㅠㅠ
이 책의 핵심부분으로 양자역학이 영향을 미친분야는 응용물리학, 화학, 재료과학, 공학, 금속학 등 범위가 넓습니다. 그중에서 초전도체는 미디어를 통해 많이 들은 분야죠. 초전도체는 전기적 저항없이 전류를 운반하는 능력이죠. 이를 근거로 자기부상열차가 가능합니다. 아직까지는 시험운전정도를 보이지만 일본은 2025년 상업운전을 목표로 준비를 하고 있다고 합니다. 현재 도쿄에서 오사카까지 15만원을 받는 일본이 자기부상열차는 얼마를 받을 지 궁금하군요. 자기부상열차는 아직 준비단계이지만 MRI스캔은 현재 사용하고 있는 분야입니다. MRI에 초전도체가 사용된다는 건 처음알았네요. 양자컴퓨팅도 연관이 된다고 합니다. 핵분열과 핵융합을 양자역학으로 이해할 수있다고 합니다. 특히 핵융합에서 도넛보먕의 토코막의 권선을 초전도성으로 하지 않는다면 경제성이 없다고 합니다. 말만 들어도 어렵지만 이렇게 된다는 것만 알아도 도움이 크죠. 그래핀의 경우 연구는 많이 되는 걸로 아는데 아직 경제성이 확인안된 물질입니다만 이를 레이저가공으로 에너지저장물질로 활용하는 방안이 연구중입니다. 이외에 반도체와 전자기기에도 많이 사용이 되고 있고 연구도 되고 있는 양자역학이론이 중요이슈로 활용됩니다.
물리학자 폴디랙은 양자역학을 수학중심으로 연구했고, 하이젠베르그나 파인만도 수학적으로는 완벽한데 이해는 안된다는 점에 많은 고심을 했습니다. 결국 양자역학은 수학과 수식과 떼어낼수없는 분야죠. 하지만 이 책에는 수식이 거의 보이지 않습니다. 사실 연구자나 전공자 아니고서야 수학이 왜 필요하겠어요. 더우기 이 책은 양자역학의 개념과 논쟁사와 양자역학의 응용에 촛점을 맞춰서 앞으로 양자역학이 우리 사회, 우리 과학에 미칠 영향을 알수있도록 구성했습니다. 이 책을 통해 양자역학의 대충의 의미(?)와 그것을 통한 활용(응용과 발명)이 어떤 기술이 있는지를 살펴보고 앞으로 우리 세상의 변화를 예측해보는 것이 가장 좋은 활용법이라는 생각이 듭니다.
본 도서는 출판사로부터 무상으로 제공받아 주관적일 리뷰를 했습니다.