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세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자전기역학 - 선형대수학의 역사부터 파인먼 다이어그램까지 ㅣ 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 14
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 3월
평점 :

2000년 김대중 전 대통령 노벨 평화상과 작년에 작가 한강이 노벨문학상을 받았다. 과학 기술은 꾸준히 발전하지만, 아직 노벨 과학상 수상자가 없다. 행렬식 개념을 일본인이 도입했다니 노벨상이 많은 이유가 있는 것 같다.
슈윙거, 파인먼, 도모나가 신이치로에 의해 독립적으로 연구된 이론이 양자전기역학이다
이 책은 어려운 양자전기역학 파이먼의 논문 내용, 양자장론의 탄생 배경, 선형대수학의 역사와 디랙의 양자역학, 파인먼의 경로 적분, 양자역학의 창시자들이 소개된다.
먼저 아인슈타인의 빛이 파동이라는 정설을 뒤집고 광자의 다발이란 뉴턴 역학이나 전자기학과는 다른 이론 양자역학이 나왔다. 양자역학은 파인먼 조차도 누구도 충분히 이해했다고 자신 있게 말할 수 없다고 했다. 양자역학은 미시세계에서 광자, 양자, 즉 불연속적인 에너지의 움직임을 다룬다. 파인만은 양자 전기역학을 정립하여 빛과 물질의 상호작용을 정확하게 설명했고, '파인만 다이어그램'은 복잡한 양자 현상을 시각적으로 이해하는 데 큰 도움을 준다.
옛날 수학자들이 복잡한 방정식을 풀기 위해 행렬과 벡터를 이용하면서 선형대수학이 탄생했다. 마치 퍼즐 조각을 맞추듯, 이 도구는 양자역학이라는 새로운 세상을 이해하는 데 필수적 열쇠다.
폴 디랙은 상대성이론과 양자역학을 하나로 묶는 놀라운 방정식을 만들었다. 이 방정식은 반물질의 존재를 예언했고, 이는 후에 실험으로 증명되었다. 마치 마법처럼, 그의 이론은 새로운 입자 세계를 열었다.
리처드 파인먼은 양자 세계의 움직임을 설명하는 독특한 방법을 제시했다. 입자가 모든 가능한 경로를 따라 움직인다고 상상하며, 이를 수학적으로 표현했다. 마치 모든 가능성을 탐험하는 모험가의 여정과 같다. 파인먼은 입자들의 상호작용을 그림으로 표현하는 방법을 개발했다. 다이어그램은 복잡한 계산을 단순화하고, 양자 전기역학을 이해하는 데 큰 도움을 주었다. 마치 만화처럼, 이 그림들은 양자 세계를 생생하게 보여줬다. 그들은 기존의 상식을 깨고 새로운 시각으로 세상을 바라봤다. 마치 퍼즐 조각을 하나씩 맞춰나가듯, 그들은 양자역학이라는 아름다운 그림을 완성했다.
양자역학은 현대 기술의 발전에 큰 영향을 미쳤다. 반도체, 레이저, MRI 등 우리 생활을 편리하게 해주는 많은 기술들이 양자역학의 원리를 이용한다.
연립일차방정식 수준이다. 다양한 방정식, 원리, 이론, 퍼텐셜에너지 크기는 자기장 세기에 비례하는 자기모멘트 등. 천재의 논문은 읽을 수록 어려웠다. 저자가 천재처럼 느껴졌다. 파인먼 경로 적분을 이해하기 위해 파동의 전파에 대한 원리 하위헌스의 원리를 알아야 한다는데 솔직히 함수 풀이를 그냥 넘겼다. 풀이도 어려웠다. 가우스가 가깝게 느껴지는 기분은 멀까.
우리나라에 양자컴퓨터가 연대에 들어온다는 뉴스를 들었다. 우리도 양자역학의 원리를 이용해 과학을 알려 네이쳐, 사이언스지에 많이 게재되길 바래본다.



