[대입 이공계 면접대비 추천도서] 세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자물질, 정완상

세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질 - 극저온의 액체헬륨부터 위상수학까지 ㅣ 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 17
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 10월

읽을 때마다 감탄하고 또 감탄하는 과학도서 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학]시리즈 신간 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질> 편이 나왔다. 점점 끝을 달려가는 모습을 보면서 이 시리즈의 완결이 기대되기도 하고 아쉽기도 하다. 언제 또 이런 책이 또 나올까 싶기도 하고 지금이나마 이 책이 출간된 것이 참으로 행운이라는 생각이 들기도 한다. 
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<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질> 에서는 홀 효과에 대한 논문, 액체 헬륨의 초전도성을 알아낸 오너스 논문, 초전도체 이론을 밝힌 바딘-쿠퍼-슈리퍼의 논문, 양자 홀 효과에 대한 논문, 그리고 위상물질 이론에 관한 논문 등을 다루었다고 한다. 초유동성과 초전도성으로 노벨 물리학상이 수여되었기 때문에 수소, 산소, 헬륨과 같은 물질을 액화한 과학자들의 이야기를 먼저 다루고 탄소를 이용한 양자물질 그래핀, 탄소 나노 튜브 등을 알아본다. 마지막으로는 2016년 위상물질 연구로 노벨 물리학상을 받은 과학자들의 업적과 논문을 살펴볼 수 있도록 구성되어 있다.

최근 이슈가 되고 있는 양자물질 등에 관심이 많았으나 어떻게 접근해야 할지 난감했던 이들, 영재고나 과학고 또는 이공계 진학을 마음 먹은 학생들, 과학적 호기심으로 더 깊은 내용을 알고 싶었던 이들에게 <세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질>은 단비같은 책이 될 것이다.

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​<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질> 초반 부분에는 현대 위상물질 이론의 창시자 홀데인 교수의 제자인 '아슈빈 비슈나와트' 하버드 대학 교수와의 인터뷰가 나와 있다. '노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학'시리즈는 책마다 이렇게 저명한 과학자들의 인터뷰가 실려 있는데 볼 때마다 이런 분들을 어떻게 섭외했지 하는 놀라움이 생긴다. 과학도를 꿈꾸고 있는 학생들은 이런 인터뷰를 보면서 자신의 진로에 대해 더 깊이 생각할 수 있을 것이다.
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​홀데인 교수님의 개인적인 성격, 수업 방식이나 사고하는 과정을 가볍게 이야기하고 1988년 논문에 대해서 소개한다. 양자 홀 효과 하면 떠오르는 조건은 강한 자기장이라고 한다. 전자가 평면 안에서 움직일 때 자기장이 있으면 전자의 궤도가 원을 그리며 양자화되고 전도도가 정수 단위로 떨어지듯 나타난다. 이를 정수 양자 홀 효과라고 한다. 홀데인 교수의 논문(양자물질 책을 읽으면서 확인하기 바란다)은 전통적인 '양자홀 효과'개념에 반기를 드는 내용으로 당시에는 확인할 수 없었으나 2004년 실험물리학자들이 그래핀이라는 벌집 격자 구조를 가진 물질을 얻게 되면서 검증되었다. 이것이 바로 위상 절연체(topological insulator)의 시초라니 정말 놀라운 일이다. 
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<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질>에서는 바로 이 논문을 이해하기 위한 여행을 시작한다. 첫 번째로 액체헬륨과 초유동성의 발견에 대해 알아본다. 상상할 수 없을 정도로 낮은 온도에서 기체를 액화시킨 과학자들의 이야기를 살펴보고 액체헬륨의 발견, 액체 헬륨이 보여주는 신기한 현상인 초유체(점성이 없는 액체)와 초유체의 특징에 대해 설명한다. 현미경의 발달을 짚어보며 전자의 양자역학적 터널링을 이용한 주사터널링 현미경의 원리, 초전도 이론의 발달 과정,  양자 자석, 양자 홀 효과와 그래핀, 그리고 위상수학에서 다루던 수학적 직관을 물리적인 통찰력으로 이끌어낸 과정까지 살펴본다. 

쉽지 않은 여정이 되겠지만 과학적 호기심을 가지고 저자의 설명을 따라가다 보면 홀데인 교수의 연구가 어떻게 이루어지게 되었는지, 그 내용은 어떤 것인지 조금이나마 이해할 수 있을 것이다.