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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
평점 :
쫌 아는 10대 시리즈로 많은 책이 나오고 있음을 얼마전에 알게되었어요. 사회 쫌 아는 십대, 과학 쫌 아는 십대, 철학 쫌 아는 십대, 진로 쫌 아는 십대 시리즈가 나오고 있는데 이번에 나온 양자역학 쫌 아는 10대는 과학 쫌 아는 십대 16번째로 나온 책이랍니다.
제 블로그 이웃이신 인디캣님께서 운영하시는 블로그의 서평이벤트에 당첨되어 서평을 쓰게 되었어요.^^
양자역학이 뭔지도 모르고 아이가 과학에 대해 좀 알고싶어 한다면 부모로써 어찌 알려줘야 할까? 하는 부분이 생기곤 하죠. 전 정말 이쪽으로 정말 모르거든요. 저도 이참에 책을 읽고 많은걸 알게되는 계기가 될 것 같습니다.
이 책을 쓰신 고재현 박사님은 서울대 물리학과를 졸업하시고 카이스트 물리학과에서 박사학위를 받으신 분이네요. 일본 츠쿠바대와 삼성 코닝 연구원을 거쳐서 현재 한림대 반도체 디스플레이스쿨 교수로 재직중이신 분으로 물리학의 핵심 과목인 양자역학의 신기하고 이상한 세계에 고등학교 때부터 빠져들었다고 하십니다.
이 책의 그림은 이혜원 일러스트레이터의 참여로 많은 책의 일러스트 작업을 해오신 분이세요.
차례를 참고하시라고 올려봅니다.
주변의 사물은 그대로인데 내몸이 한없이 작아지는 상상은 한번쯤 영화 엔트맨을 보면서 하게되는 상상이죠. 이런 상상을 즐기시는 분들이 많으실테죠. 저자는 말합니다. 내가 원자 크기로 줄어들어도 여전히 원자들을 구슬처럼 다룰 수 있을까? 거기서도 난 보고 만질 수 있고 일상생활에서 하듯 마음대로 행동할 수 있을까? 이에 대한 답을 주는 학문이 양자역학이라고 합니다.
원자의 세계, 미시 세계는 우리의 상상력을 뛰어넘는 이상한 세계로 우리가 가진 감각과 사고방식으로는 도저히 이해하기 힘든 영역인데 이에 비해 동화 이상한 나라의 앨리스에서 앨리스가 탐험한 이상한 나라는 약과이며 양자 세계에서 펼쳐지는 이상한 이야기들을 설명해 주고 있습니다.
나를 양자의 세계에 사는 입자로 대했을때 양자돌이란 이름을 붙이고 원자나 원자를 구성하는 전자라고 생각해도 상관없다고 합니다. 머리카락 굵기의 백만분의 일 혹은 그보다 더 작은 입자인 나를 조사할 수 있을까요? 조사할 수 있다는 가정하에 양자의 세계속에서 내가 만들어나가는 이상한 풍경들을 그려보기로 합니다.
20세기초, 양자역학이 탄생하지 않았다면 우리는 어떤 삶을 살았을까요? 양자역학이 과학자들에 의해 성립되지 않았다면 오늘날 우리가 누리는 문명의 편리함중 무엇이 사라졌을까요? 스마트폰, tv, LEC와 같은 조명, 태양전지, 전기차, 컴퓨터, 인공위성, 인터넷, 가속기를 포함한 대부분의 과학장비, '전자'라는 말이 붙는 모든 제품이 사라진다고 합니다.
우리나라의 대표 과학기술중 반도체 분야는 금속이나 유리처럼 인류가 활용해온 물질들 중 하나인데, 반도체의 성질은 오직 양자역학을 통해서만 이해할 수 있다고 합니다. 양자역학을 몰랐다면 반도체와 반도체에 기반한 트랜지스터, 메모리, 기타 반도체를 사용하는 모든 제품은 탄생할 수 없었다고 하네요.
우리 주변의 모든 사물은 원자로 이루어져 있고 원자로 이루어진 물질의 성질은 당연히 원자에 대한 학문인 양자역할을 통해서만 이해할 수 있는데 고체, 액체, 기체의 구분, 도체, 반도체, 부도체의 구분도 양자역학을 통해서 가능하다고 합니다. 물체들이 왜 색을 띠는지 우리눈이 그 색을 어떻게 인식하는지, 온실 기체가 왜 지구 온난화에 책임이 있는지 등등 자연 현상들 역시 양자역학이라는 창문을 통해 바라봐야 제 모습대로 보이고 해석이 된다는거네요.
불과20~30년 만에 수립된 양자역학은 과학자들에게도 무척 생소한 학문이었고 노벨물리학상을 받은 유명한 물리학자인 리처드 파인만 조차 "양자역학을 제대로 이해한 사람은 아무도 없다"라고 말했다고 하네요. 천재 물리학자 아인슈타인 역시 눈을 감을 때까지 양자역학의 이론 체계를 온전히 인정하지 않았다고 합니다.
물리학을 전공하지 않는다 하더라도 최소한 알아야 할 교양으로 양자역학은 의미가 있다고 합니다.
이 책에서는 아이작 뉴턴이 완성한 고전역학/고전 물리학에 대해 알려줍니다. 전기와 자기를 다루는 전자기학이란 학문이 있는데 이 내용은 과학 쫌 아는 십대 시리즈중 전자기 쫌 아는 10대 책을 읽으면 도움이 된다고 하네요.
양자 역학을 잘 이애하기 위해서 고전역학을 알면 좋다고 합니다. 이번 장에서 뉴턴이 세운 고전역학 체계에 대해 살펴보고 고전물리학이 19세기 말에 어떤식으로 위험에 빠졌는지, 고전역학 왕국에 드리워진 어둠이 무엇인지 살펴봅니다.
22년 6월21일 누리호가 발사된 순간을 기억하시나요? 거대한 로켓을 발사한 후 운동의 궤적을 예측하는 것이 고전역학이라고 합니다. 고전역학의 목적은 물체의 운동을 완벽히 분석 및 예측하는 것이라고 하네요. 고전역학이란, 단훈히 말하면 물체가 어떤 초기 조건으로 힘을 받았을 때 언제 어디서 어떻게 운동하는지를 예측하는 학문이라고 합니다.
뉴턴이 17세기 후반에 고전역학을 내놓은 후 우리 주변에 펼쳐진 온갖 사물들의 운동을 설명할 수 있는 이론이 완성되었죠. 영국에서 탄생한 이 이론은 곧 유럽 각 나라로 퍼져 나갔고 다양한 언어로 번역되어 각국에 뉴턴 이론의 추종자들을 만들어 냈다고 합니다. 이들은 고전역학을 더 체계적이고 세련되게 다듬었죠. 그 덕에 포탄의 움직임, 물레방아의 운동, 액체의 흐름 등 눈에 보이는 모든 것들이 고전역학으로 설명이 되었다고 하네요.
고전역학과 전자기학은 고전물리학의 두 기둥으로 이 두 학문 체계의 발전과 성공은 19세기 과학계에 낙관주의를 불러 일으켰다고 합니다. 독일의 막스 플랑크에 대해 이야기 하는데 19세기 후반 고등학교를 졸업할 즈음, 조언을 구하러 뮌헨대 물리학과 필리프 폰 욜리 교수를 찾아갔는데 물리학은 고도로 발전해서 거의 완성단계에 들어선 학문이고 이 학문은 어떤 의미에서는 왕좌에 올랐다고 할 수 있으며, 곧 결정적이고 확고한 형태를 얻게 될 것이란 조언을 했다고 합니다.
당시 과학계의 전반적인 분위기는 엄청 낙관적이었고 시간이 조금만 더 흐르면 물리학 이론은 완벽해질 것이고 물리학으로 설명할 수 없는 자연 현상은 남아 있지 않을 것 이라 생각했다네요. 영국의 유명한 물리학자인 켈빈은 완벽한 하늘에 떠 있는 " 지평선 위의 두 구름"이라는 비유를 써서, 아직 풀지 못한 사소한 물리 문제는 고작 두 개만 존재한다고 표현했다고 합니다. 그중 하나는 전자기파를 전달하는 매질인 에테르의 정체, 다른 하나는 뜨거운 물체가 내는 빛과 관련되어 있었다고 해요.
아인슈터인의 상대성 이론까지 이어졌고, 뜨거운 물체가 내는 전자기파에 대한 탐규는 결국 양자역학으로 넘어가는 문을 열기 시작했다고 합니다.
원자의 정체가 본격적으로 드러난 건 20세기에 접어든 이후였지만, 18~19세기에도 많은 과학자들이 물질을 구성하는 기본 단위로서 원자에 대해 고민하고 이 개념을 이용해 여러 가지 현상을 설명하려고 했다고 해요. 영국의 화학자 돌턴을 포함한 여러 화학자들이 화학 반응을 연구할 때 서로 다른 물질들이 항상 일정한 비율로 반응하거나 단순한 부피 비로 반응하는 현상들을 발견했다고 해요. 그런 과정을 통해 화학 반응에 참여하는 조체로서 원자라는 개념을 자연스럽게 떠올리고 이를 활용하는 과학자들이 늘어났답니다.
빨간색 공의 궤적이 곧 물 위 꽃가루의 궤적으로 꽃가루가 물 분자들과 무작위로 부딪히면서 제멋대로 움직이는 방식을 '브라운 운동'이라고 하네요. 꽃가루는 실제로 물 분자보다 훨씬 크다고 합니다.
중2때 배우게 되는 주기율표도 미리 알아볼 수 있어서 좋았습니다.
적절한 그림들로 설명을 해주고 있어 이해가 어려운 부분에서 도움이 되었습니다.
책을 읽어보면서 흥미로웠던 점은 양자역학의 탄생에 대해 알 수 있어서 좋았고 원자, 양자에 대한 이해도가 높아질 수 있어서 도움이 되었다고 생각됩니다. 또한 어려울 수 있는 부분에 대한 이해가 될 수 있는 적절한 설명이 좋았습니다. 마지막장 앞뒤 한장으로 양자역학에 대한 도움을 받을 수 있는 책 리스트를 알려주고 있는데요. 이쪽으로 관심있는 학생들에게 큰 도움이 될 것 같다는 생각이 들었습니다.
[ 블로거 인디캣님의 소개로 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다. ]