[서평] 양자역학은 처음이지

양자역학은 처음이지? ㅣ 과학이 꼭 어려운 건 아니야 2
곽영직 지음 / 북멘토(도서출판) / 2020년 3월

양자역학이라는 말은 하도 많이 들어봐서 과학에 전혀 관심이 없는 사람도 알고 있는 명칭입니다. 정확히 무엇인지는 모르지만 아주 수준 높은 물리학 또는 화학이라는 느낌 정도는 가지고 있습니다. 먼저 양자를 알아야 양자역학을 이해할 것입니다. 대부분의 사람들이 분자에 대해서는 알고 있는 습니다. 그리고, 물 분자는 수소 원자와 산소 원자로 이루어졌다는 것처럼, 분자보다 작은 것이 원자라는 것도 알고 있습니다. 이 원자는 양성자, 중성자, 전자와 같은 더 작은 알갱이로 이루어져 있습니다. 뉴턴역학과 전자기학으로 우리 주변의 현상들을 과학적으로 설명할 수 있었지만, 원자의 세계에서는 이러한 물리 법칙이 적용되지 않는 전혀 다른 세상이라는 것을 알게 되었다고 합니다. 바로 이 세상을 알기 위해 과학자들이 원자구조를 밝히는 수 많은 연구를 하였고 그 시행착오 과정에서 만들어진 것이 양자역학이라고 합니다.

책은 총 10장으로 구성되어 있고, 원자의 세상에서 시작하여 원자의 내부를 알고 보고 양자역학의 세상을 소개하고 있습니다. 책 전체에서 수과학 공식의 사용 없이 이야기처럼 쉬운 용어로 설명하고 있어서 일반인들도 이해하기 쉬울 것입니다. 먼저 분자와 원자에 대해서는, 1860년에 카를스루에의 칸니차로가 아보가드로의 가설과 2원자 분자설을 받아 들이도록 설득한 뒤에야 화학계의 혼란이 해결되면서 여러 화합물의 분자식들이 결정되기 시작하였다고 합니다. 이렇듯 이론의 정의에 따라 과학의 발달한 수 있다는 것도 알았습니다. 책에는 아보가드로의 가설, 2원자 분자설 뿐만 아니라 4원소설이나 원자론에 대해서도 상세히 설명하고 있으니, 과거 과학자의 주장도 알아보는 재미가 있었습니다.

1800년대 후반에 흑체복사 문제를 연구하는 사람들이 많았다고 합니다. 그 당시에 복사곡선의 일부분만 설명할 수 있고 전체적인 복사곡선을 얻지 못하였다고 합니다. 그 당시에는 에너지와 같은 물리량은 어떠한 작은 양도 가능하다고 생각하였기 때문에 이 복사곡선이 문제있다고 생각한 것입니다. 프랑크는 전자기파가 연속적인 에너지 값을 가지는 것이 아니라 작은 에너지 덩어리를 가질 수 있다고 가정하고, 원자도 더 이상 쪼갤 수 없는 에너지 덩어리가 있다고 주장했습니다. 이렇게 에너지가 불연속적으로 띄엄띄엄한 값만 가지는 것을 에너지가 양자화 되었다고 말합니다. 여기서 양의 의미는 물리량이며, 양자는 에너지를 비롯한 물리량의 최소 단위를 말하는 것입니다. 연속적인 뉴턴역학과 다르게 띄엄띄엄한 물리량을 다루는 역학이 양자역학인 것입니다. 프랑크는 이 양자 가설로 노벨 물리학상도 받게 됩니다. 이 이후의 양자역학의 세계는 무궁무진하게 펼쳐지고 있으며, 이 서평으로 설명하기 보다는 직접 읽어 보는 것이 더 흥미를 느낄 것입니다.

양자역학이라는 것이 우리가 익히 알고 있는 물리 법칙과 전혀 다르고, 일반인으로서 경험할 수 없었던 세상이었기 때문에 쉽게 이해하기 어려웠던 것 같습니다. 이 책을 통해 양자역학 학문을 알게 되었다고는 말 할 수 없을 것입니다. 하지만, 양자역학의 세상이 어떤 것이고, 현대 과학에서 양자역학이 아주 중요한 역할을 하고 있다는 것을 알게 된 시간이었습니다 :)