[서평] 양자역학의 미래, 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다 (양자역학, 큐비즘)

양자역학의 미래, 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다
한스 크리스천 폰 베이어 지음, 이억주.박태선 옮김 / 동아엠앤비 / 2018년 10월

양자역학이라는 말은 많이 들어서 생소하지 않습니다. 하지만, 솔직히 말해서 양자역학에 대해서 설명하라고 하면 한 마디도 못 할 정도로 모르는 분야이기도 합니다. 이 책은 어려운 물리학의 하나인 양자역학을 이해할 수 있으며 큐비즘에 대해서도 쉽게 알 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. 특히, 미국에서 과학저널리즘상을 수상한 과학 전문 저자가 대중을 위해 어려운 공식 없이 물리학을 알리기 위한 책이기도 합니다.

책은 22가지의 이야기를 크게 네 부분으로 나뉘어서 양자역학, 확률, 양자 베이지어니즘, 뷰비스트의 세계관의 순서로 설명합니다. 저자는 양자정보이론 전문가인 크리스토퍼 푹스의 양자 베이지어니즘이라는 새로운 해석 방법을 배우게 되었고, 큐비즘이라는 용어로 재해석하고 있습니다. 양자역학의 잠재력이 발현되면서 양자암호나 양자컴퓨터 같은 새로운 분야로 응용되어 지고 있다고 합니다.

전기, 가스, 태양 등 물체가 탈 때 각기 다른 색깔의 빛을 복사한다고 합니다. 1900년가지 명확하지 않지만 빛은 파동의 일종으로 알려졌다고 합니다. 눈으로 광파의 주기를 볼 수 없지만 색깔이 다른 광선은 진동수(f)가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 처음에 각 색깔의 광선은 각각 얼마나 세게 빛을 방출하는가라는 것을 복사곡선으로 설명하려 하였고, 독일의 막스 플랑크는 통계학적 방법을 사용하였다고 합니다. 현재 밝혀진 것은 진동자는 원자와 분자의 양자로 되어 있고 플랑크 상수 h는 양자역학적 현상의 크기를 나타낸다고 합니다. 양자역학의 상징인 플랑크 공식은 기본적 에너지 꾸러미(e)를 두 변수를 이용하여 e=hf 라고 정의합니다. 아인슈타인은 빛 자체가 에너지 꾸러미로 되어 있다고 제안하고 처음에 양자라고 했고, 나중에 광자라고 이름을 붙였다고 합니다.

슈뢰딩거의 고양이는 살아있는 고양이 한 마리를 가이거 계수기, 중성자를 쏘여 방금 만든 신선한 방사성 원자, 망치, 독가스가 들어 있는 유리병으로 구성된 연쇄반응 장치 상자에 넣습니다. 원자가 붕괴하면 가이거 계수기가 감지하고 전기신호를 보내어 망치의 방아쇠가 당겨지면서 유리병이 깨지게 되어 속의 가스에 의해 고양이가 죽게 될 것이라는 것입니다. 북극의 붕괴하지 않음을 나타내는 0과 남극의 반대인 1을 가지고 있는 방사성 원자인 큐비트가 있는데, 고양이를 발견했을 때 큐비트 값이 0과 1의 섞임이라고 합니다. 이 때의 고양이 상태는 무엇인가? 붕괴한 원자는 죽은 고양이를 의미하고, 붕괴하지 않은 원자는 살아 있는 고양이를 의미한다고 합니다. 상자를 열면 둘 중 하나의 상태이지만, 상자를 열기 전에는 살아있으면서 동시에 죽어 있는 것입니다.

역시 양자역학은 쉬운 개념이 아니라는 것을 다시 한번 느꼈습니다. 대중을 위해 만든 쉬운 책임에도 불구하고 집중해서 읽어 나가야 하는 부분들이 자주 나왔습니다. 하지만, 평생 모르고 살아갈뻔한 양자역학의 탄생부터 미래의 영향까지 큰 숲을 이해하는데 도움이 되었습니다. 한참 공부하는 학생들에게는 꼭 읽어 보라고 추천 드리고 싶은 책입니다.^^

(출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다.)