스마트폰, 컴퓨터, 인공위성 등 ‘전자‘기기의 원리, 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

현대물리학의 기초로써,

원자나 분차처럼 작은 것들의 정체와 변화, 움직임 등을 연구하는 학문 '양자역학'

10대 시절 물포자(물리포기자)로서 그동안 물리와는 그닥 관련없이 살았건만, 최근 몇년간 다정한 물리학자인 김상욱 교수님께서 나오는 티비프로그램을 보다보니 이미 내 삶은 양자역학의 혜택에 푸~욱 빠져 지내고 있음을 알게되었고, 도대체 이름만으로는 무슨 학문인지 알길이 없는 '양자역학'이 궁금해졌다.

그래서 나는 양자역학의 세계를 조금이라도 맛보고자,

40대임에도 불구하고, 이제와서라도 양자역학을 쫌 아는 40대가 되어보고자

이 책 '양자역학 쫌 아는 10대'와 운명적(?)인 만남을 가졌다.

그래서 오죽하면 노벨물리학상을 받은 유명한 물리학자 리처드 파인만조차 "양자역학을 제대로 이해하는 사람은 아무도 없다"고 말했을까. 천재 물리학자 아인슈타인 역시 눈을 감을 때가지 양자역학의 이론 체계를 온전히 인정하지 않았다고 해.

'양자역학 쫌 아는 10대' 중 p.11

양자역학과의 뒤늦은 만남의 결과는...

물리학자인 리처드 파인만의 명언이 나를 위로한다.

내가 그동안 눈으로 봐오고, 몸으로 느꼈던 모든 것들로는 설명이 안되는, 저자의 말씀처럼 '이상해도 너무 이상한' 원자의 세계는 나를 참으로 당황스럽게 했다.

누구나 아는 천재물리학자 아이슈타인까지 받아드리지못했다고 하니 나같이 미천한 범인(凡人)이 어찌 이해할 수 있으리요.

다만, 그럼에도 불구하고 이리 양자역학에 대한, 그래도 조금은 쉽게 정리되고 비유된 청소년을 위한 과학도서를 읽고 나니 양자역학이란게 도대체 무엇인지, 양자역학이 왜 중요한지 등등 양자역학 세계의 '새발의 피' 정도는 쫌(?) 알게 된거 같아 뿌듯하다.ㅋㅋㅋ

입자이면서 파동인 미시세계의 존재들.

고전역학으로는 설명할 수 없으며,

우리가 적절히 기술할 수 있는 개념이나 언어를 갖고 있지 않다는 의미.

정말 과학자들은 대단한 사람들이다.

우리가 전혀 보지못한, 그리고 잘 알지 못하는 것들에 대해 정의 내리고, 연구하고, 수식까지는 만드는 모습을 보면서, 문과생이었던 나에겐 정말이지 넘사벽인 세상인 것 같다.ㅋ

무한히 높은 에너지 우물에 갇힌 입자 또는 수소의 원자핵에 묶여 있는 전자처럼 미시 세계의 입자들은 띄엄띄엄한 에너지값만 가질 수 있다! 이 에너지를 고유 에너지라 부른다! (중략)

고유 함수는 우리에게 해당 입자를 발견할 위치에 대한 확률의 정보를 알려줘. 더 정확히는 고유 함수를 제곱하면 입자를 발견할 확률을 알 수 있지. (중략)

우린 전자를 측정해서 위치를 확인하기 전까지는 전자가 어디에서 발견될지 몰라. 그저 각 위치에서 전자가 발견될 확률만 아는 거지.

'양자역학 쫌 아는 10대' 중 p.81~82

전자가 어떤 궤도나 어떤 방식으로 위치해있는지는 알 수 없으나, 고유상태에 따라 전자의 확률 분포가 얼마나 되는지만은 알 수 있다는 얘기.ㅋㅋㅋ

한 프로그램에서 김상욱 교수님 왈, 양자역학은 이해하는 것이 아니라 어느시점이 되면 받아들이는 것이라는 말씀!

받아들이자!!ㅠㅠ

또한 저자께서 정말*100 이상한 성질 중 하나라고 말씀하신 '양자 상태의 중첩(superposition, 포갬)도 받아들이자.^^;

양자 중첩 상태는 두 개의 양자 상태가 함께 할 수 있는, 우리 주변에서는 절대 볼 수 없는 미시 세계만의 특징이지만, 미래를 이끌어갈 양자 컴퓨터 구현 원리에는 엄청나게 중요한 역할을 한다고 한다.

그리고 저 뒤에 나오는 '양자 상태의 얽힘(entanglement)'이란 두 입자가 가지는 파동함수의 중첩 상태로, 떨어져 있을 때도 얽혀서 서로 영향을 미치는 특징이나 이 역시 받아들이자.ㅋ

세계에서 손꼽히는 우리나라의 반도체사업 역시, 오직 양자역학으로만 이해할 수 있는 특성이라니 정말 놀랍다.

오늘날 우리가 쓰는 대부분의 전자제품에는 반도체가 들어가는데, 나는 양자역학의 원리라는 걸 이제야 알게 되었다.ㅋ

그리고 앞으로 현대 문명의 미래를 이끌어나갈 양자역학의 세계는 양자 컴퓨터, 양자 암호 등 무궁무진 할 것으로 보인다.

이거 하나는 꼭 기억해 줘. 우리가 볼 수 있는 모든 사물, 생명체, 주변 사람들은 원자로 되어 있다는 것, 양자역학은 바로 이 원자를 이해하는 학문이라는 점 말이야. 원자를 포함한 미시 세계를 이해하는 건 바로 우리를 이해하는 과정이자, 원자들로 구성되어 있는 우주를 이해하는 과정이야. 우리 모두 언젠가는 죽음을 맞이할 수밖에 없고 원자로 흩어져 우주의 어느 별로 돌아갈 운명에 높이게 되겠지. 양자역학은 바로 이 영겁의 과정을 이해하는 데 꼭 필요한 학문이라는 점을 명심하렴.

'양자역학 쫌 아는 10대' 중 p.150 맺는말

'양자역학 쫌 아는 10대'로 양자역학에 대한 맛보기를 제대로 해보았으니, 저자께서 마지막 부분에 추천해주신 양자역학에 대한 다양한 책들을 한번 읽어봐야겠다.

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출판사로부터 책을 지원받아

직접 읽고 작성하였습니다

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