양자역학 쫌 아는 10대

양자역학 쫌 아는 10대 - 일상 어디에나 있는 아주 작고 이상한 양자의 세계 ㅣ 과학 쫌 아는 십대 16
고재현 지음, 이혜원 그림 / 풀빛 / 2023년 5월

『양자역학 쫌 아는 10대』

지은이 고재현 
그린이 이혜원  
풀빛 출판 
2023년 5월 10일 발행


영화에서 본 양자의 세계, 양자역학, 
넌 도대체 뭐니?
일단 양자역학에 대해 알아보기 전 양자의 뜻부터 알아봤다. 영어로는 quantum,  사전적 의미로 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위이다. 인간은 어떻게 눈에도 보이지 않을 만큼 작은 단위를 발견할 수 있었을까? 우리의 상상력을 뛰어넘는 이상한 세계, 이해할 수 없는 미시 세계에 상상력을 불어넣은 영화가 있었다. 

옛날 영화 <아이가 줄었어요>를 보며 개미만큼 줄어든  인간이 바라보는 세상이 너무 재미있고 신기하다는 생각을 한 적이 있다. 최근  <앤트맨과 와스프>에서는 개미만큼 작아지는 건 기본이고, 목숨을 걸고 원자만큼 작아지는 등장인물이 나온다. 상상력으로 가득 찬 양자의 세계는 입이 딱 벌어질 만큼 신기하고 특이하고 이상한 세상이었다. 인간이 한없이 줄어들어 양자의 세계까지 들어갈 수 있는 때가 올까? 재미있을 것 같기도 하고, 돌아올 수 없다면 무서울 것 같기도 하다.

양자역학이 뭔지 알고 싶었다. 몇 년 전에 방송 프로그램에서 양자역학은 정말 재미있지만 일반인들에게 설명하기가 참 어렵다는 말을 들은 적이 있었다. 전문가들이 읽는 어려운 책은 패스, 좀 쉽게 설명할 수 있는 책을 찾아보던 중에 청소년을 위한 양자역학 책이라면 읽을 수 있을 거라는 용기가 생겼다. 양자역학이 뭘까?​​

장애물 벽을 마음대로 통과하는 양자 입자를 보여주면 이해할 수 있을까? 장애물을 그대로 통과할 수 있는 건 물결 파 같은 파동밖에 없다고 했다. 파동은 사전적 의미로 어떤 한 곳의 에너지가 흔들림을 통해 다른 곳으로 전달되어 나가는 것이다. 우리 주위에도 파동을 흔히 발견할 수 있다고 한다. 눈에 보이지 않는다. 벽을 그대로 통과하는지 안 하는지도 모르고 사용했다. 양자역학이 없었다면 전자 제품, 스마트폰, 전기차, 인공위성, 인터넷 등 지금 우리가 편하게 사용하는 물건은 볼 수 없었을 것이다. 과학자들에 의해 양자역학이 성립되지 않았다면 우리가 문명의 편리함을 누릴 수 있었을까? 

원자나 분자처럼 작은 것들의 정체를 파헤치는 물리학이 양자역학이라고 소개했어. 그렇다면야구공, 자동차, 로켓처럼 큰 물체들의 운동을 다루는 물리학은 뭘까? 바로 고전역학이야.  p17 

처음에는 눈에 보이던 물체의 움직임에 대해 궁금해했고, 큰 물체의 운동을 다뤘다. 과학자들은 작은 것, 더 작은 것들을 파헤치다보니 눈에 보이지 않는 것들의 정체도 파헤쳤던 것이다. 내가 고등학교 다닐 때 과학시간에 배웠던 물리가 바로 고전역학이었구나. 물체의 운동을 완벽히 분석하고 예측 가능하다고 하는 그 시간이 너무 어려웠다. 수학도 아니고, 물리만 들어가면 뭔가 어려운 공식으로 문제를 풀었어야 했으니까. 분석하고 예측하기 위해 그랬을거라고 이해할 수 밖에. 운전을 할 때 항상 스마트폰으로 맵을 켠다. 목적지를 지정하면 경로에 따라 시간도 예측해서 알려준다. 우린 더 빠른 길을 선택하는 편리함을 경험할 수 있다. 

저자는 조금 더 쉽게 예를 들어 설명했다. 야구공을 힘껏 던진다면 야구공이 어디로 갈까, 야구공의 위치, 공이 얼만큼 빠를까 관심이 생긴다. 공이 언제 어떤 속도로 상대방의 글로브에 들어갈지는 던지는 사람이 어느 방향으로 얼마나 힘껏 던졌는지에 따라 결정된다고 한다. 축구를 할 때도 어떻게 어떤 힘으로 차느냐에 따라 공의 방향이나 스피드가 달라진다. 우리가 물리학자처럼 증명하고 실험하지는 않았지만, 가정에서, 운동할 때, 학교에서, 일할 때 등 많은 곳에서 미래를 예측하는 고전역학을 쓰고 있었다. 하지만 우리 인생까지 예측할 수는 없겠지?​​

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1920년대 중반, 두 명의 과학자에 의해 양자역학이 탄생했지. 한 명은 독일의 젊은 물리학자 하이젠베르크였고, 다른 한 사람은 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거였지. p71

양자역학이라는 말을 영화 <앤트맨>에서 처음 들었는데, 1920년대에 나왔다니 충격이었다. 물론 이 단어에 대해 처음 들어봤을 뿐 우리가 사용하고 있는 휴대폰, 컴퓨터가 제대로 작동할 수 있는 것도 양자역학 덕분이라니 신기하기도 하고, 100년 전에 연구했던 과학자들이 정말 대단하게 느껴졌다.  

책 읽을 시간은 없는데 양자역학이 뭔지 궁금한 친구들은 150쪽 밖에 안되는 이 책으로 양자역학의 문을 두드려 보는 건 어떨까?​​


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