과학교양툰 퀀텀 만화로 배우는 양자역학과 상대성이론

퀀텀 - 만화로 배우는 양자역학과 상대성이론 ㅣ 한빛비즈 교양툰 6
로랑 셰페르 지음, 이정은 옮김, 과포화된 과학드립 물리학 연구회 감수 / 한빛비즈 / 2020년 2월

교양툰 은 이미 여러 번 소개 한 적이 있다.이번에는 과학교양툰 퀀텀 이다. 어렵고 어려운 과학을 이렇게 만화로 배울 수 있다니 책의 기획이 참 획기적인거 같다. 양자역학과 상대성이론을 이렇게 만화와 이해하기 쉽게 한 눈에 그림으로 확인해보니 훨~씬 이해하기 쉬웠던 거 같다.

그렇다고 내가 완전히 다 이해해서 전문 지식인이 되었다는 건 아니다. 하지만 조금은 아주 조금은 더 이해하기 쉽게 접근하고 어려운 설명을 들으며 포기했던 과거의 시간에 비해 상당히 유익한 시간을 보낼 수 있었다고 확신한다.

'양자역학을 쉽게 이해한 것 같은 행복한 착각에 빠져보시라' -이미솔 PD-

추천 글 중에서 눈에 띄는 문구였다. 잠시라도 그 행복감에 빠져보는 느낌이 들고 싶다는 생각으로 책장을 열었다.

이 책은 스위스 기사가 쓴 책이다. 하지만 저명한 과학자들의 검수를 받았고 참고서적과 논문을 근거로 만들어졌다고 한다. 해당 전문 지식인이 쓴 게 아니라 나같은 일반 독자에게 더 이해하기 쉬운 책이 아니였을까. 만화로 된 과학교양툰이라서 그림의 도움으로 이해하는데 많은 도움이 되었다.

우리 눈으로 본 세상은 어림잡은 모습일 뿐이다. 그런데 이제 우리는 그 모습이 '근본적으로 부정확하다'는 사실을 안다.

-브루스 로젠블룸과 프레드 커트너-

우리 지구인은 삶을 평면으로만 인식하려는 이상한 습성이 있다고 한다. 몇몇 천진한 사람들만 지구의 안정적인 유한성 너머를 위구심 어린 눈으로 바라본다고 한다. 대부분 실존적인 아찔함에 부딪히기를 꺼리고 그래서 결국 자신들의 평면적인 문제로 돌아간다고 한다.

소우주에 틀어박혀 무한히 큰 것과 무한히 작은 것 사이에서 살아가는 우리들. 그리고 거대한 전체에 속하고 있으며 과학으로 이 전체의 윤곽을 잡아며 살아가는 모습이다. 그리고 평평한 바닥에서 살아가는 우리 역시 이 법칙들을 따라 갈 수밖에 없다고 한다.

구부러진 우주에 관한 이야기는 아이작 뉴턴과 아이슈타인의 만남을 통해 서로 이야기를 한다. 어떻게 이런 생각을??!!

과학교양툰 <퀀텀> 이기에 가능한 일이 아닐까? 한 남자가 물 위에서 배를 타고 있는데 물이 사라진다. 그 상황에서 두 과학자가 나타나 현상에 대한 설명을 자신의 논리를 이용해 이갸기한다. #상대성이론 을 이해하기 위해 우주의 행성이 놓은 표면을 푹신하다고 생각하고 가라앉은 것 같이 그려놨다. 평평한 표면일 때는 상관이 없지만 많은 물체를 놓기 시작하면 바뀐다. 들어간 깊이는 밀도에 따라 다르다. 이 이론은 1919년 태양의 일식 덕분에 증명이 되었다고 한다.

"다음에 체중을 잰다면, 체중은 대부분 빈 공간의 무게라는 사실을 기억하십시오," -레오나르드 믈로디노프(물리학자)-

비어 있는 세계라는 제목의 장에는 우리 눈이 보이는 원자 20억개가 있다고 말하며 양성자, 중성자, 동위원소를 설명하고 우리 몸을 구성하는 수소, 탄소, 질소, 산소 4원소의 다양한 방식도 알려준다. 아주아주 오래 138만 9천 830억 년 전부터 1968년까지 몇 가지 일화들은 수소 원자에 관한 생애 이야기인데 빅뱅부터 우주, 태양계 등 신기하고 기이한 일들을 잠시 그림으로 볼 수 있다.

우리의 발은 실제로 땅을 딛지 않는다고 한다. 10억만 분의 몇 밀리미터만큼 전자기적으로 떠 있는 것이라고 한다.

세포는 원자, 그 안은 양성자와 중성자인 쿼크로 구성되어 있고 그것은 글루온으로 서로 연결되어 있다고 한다. 질량은 쿼크 사이의 빈 공간에서 온다고 한다. 지구로 돌아오면 99.99%는 빈 공간이라고 하는데 물을 마시는 모습은 신기하기까지했다.

이렇게 실제 우리 모습에 적용해서 과학교양툰으로 설명과 그림으로 이야기를 보니 한결 이해하기 쉬운 느낌이 든다

자연은 부조리한가의 장에서는 이중 슬릿 실혐으로 빛이 파동임을 증명한 이야기가 나온다. 양자의 세계가 어떻게 작용하는지 보여주기 위해 범퍼카를 이용하여 보여준다. 속도, 각도,마찰력, 위치에 영향을 미치는 다른 요인들을 안다고 가정할 경우 우리는 주어진 순간에 범퍼카가 정확히 어디에 있을지 알 수 있다고 한다. 하지만 무한한 작은 세계에서 입자처럼 움직인다고 상상할 경우에는 완전히 다른 상황이 발생한다. 양자의 세계에서는

세상 어디에서도 발견될 수 있는 모습들이 정말 신기했다. 정말 예측할 수 없는 그런 상황이 실제 발생한다면 어떨까?하는 상상도 해본다.

과학교양툰 <퀀텀>이었기에 이런 이야기들을 볼 수 있었던 게 아닐까 한다.

과학교양툰 <퀀텀>의 공간은 존재하는가에서는 돌림판 게임으로 상상을 시작한다. 돌아갈때마다 매번 전자 같은 입자처럼 반응한다고 상상하기도 하고 우주 반대편에 다른 돌림판과 연관되어 있다고 가정한다. 두 행성에서는 정반대의 결과가 오고 매번 관찰 할 때마다 완벽히 동기화된 결과가 나오는 그림이다. 이 읽힘은 보이지 않는 무한치 작은 세계에서 적용되는데 회전축을 중심으로 동시에 여러 방향으로 움직이는 전자의 스핀에 적용된다고 한다.

이 전자의 스핀을 '서로 다른 각도'에 따라 관찰해 본다.두 전자 사이에 90도가 차이날 경우에 확률은 100%가 아니라 50%가 된다고 한다. 그럼 45도 차이가 날 경우 스핀이 반대가 될 확률은 75%여야 한다. 하지만 확률은 85%까지 올라간다. 애초에 결정된 특성은 없고 입자는 측정되는 순간 이런 특성들을 선택하고 먼 거리에서 서로 영향을 미친다는 결과.

하지만 과학계에서는 이 문제를 폭염이 내리쬐는 여름 해변에서 터틀넥을 입는 것만큼이나 설명할 수 없는 문제로 봤다고 한다.

유한한 시간도 무한한 시간도 우리에겐 참 어렵다는 생각이 든다.

과학교양툰 <퀀텀>은 세상을 수직으로 보는 것이 재미있다며 수직으로 끝까지 올라가고 싶어하는 주인공의 모습이 보인다.

저자의 마음이 그대로 들어간 이야기일까?아마 우리 모두의 궁금증이 아닐까한다.

책의 마지막에는 일반인도 양자역학과 상대성이론에 대해 더 알 수 있게 도와주는 설명이 들어있다. 과학교양툰 답게 역시 그림도 함께 포함되어 있다. 과학이라고 하면 책장을 한 장 넘기기도 힘들 만큼 어려워서 다가가기 힘든 부분이 아닐까 한다. 백지장인 상태로 봤지만 이렇게 만화로 배울 수 있어서 조금이나마 도움이 된 듯한다. <퀀텀>을 보고 과학을 향한 궁금증이 더욱 생기기 시작하는 듯하다.

과학 무지한 나같은 사람도, 학생들도 쉽고 재미있게 볼만한 교양툰으로 추천하고 싶다.