초등학생을 위한 양자역학 3 - 슈뢰딩거의 고양이

초등학생을 위한 양자역학 3 - 슈뢰딩거의 고양이 ㅣ 초등학생을 위한 양자역학 3
홍승우 그림, 이억주 글, 최준곤 감수, 어린이과학동아 편집부 기획 / 해나무 / 2020년 10월

초등학생을 위한 양자역학 3 - 슈뢰딩거의 고양이

어른들이 배워도 이해하기 힘든 양자역학을 만화 형식으로 초등학생들도 이해할 수 있게 만든 과학만화책이다. 이미 양자역학과 관련된 1,2편이 나왔고 이 책은 시리즈의 세번째 책이다. 앞으로 4권 5권도 나온다니 기다려지는 책이다. 

어떻게 양자역학을 초등학생들에게 설명할지 고민이 많다면 바로 이 책을 읽어보면 되겠다. 양자역학의 기본적인 개념을 설명하는 이 책은 어린이 주인공들이 등장하며 재밌는 스토리와 함께 버무려져 자칫하면 어렵고 따분해질 과학책을 흥미롭게 읽히는 책으로 만들었다. 

이번 세번째 책은 부제가 슈뢰딩거의 고양이로 살아 있는 동시에 죽어 있는 고양이가 등장하는 사고 실험부터, 물체의 위치와 운동량을 한꺼번에 정확히 알 수 없다는 불확정성의 원리, 양자역학을 둘러싼 아인슈타인과 보어의 격렬한 논쟁들을 다룬다. 

시간 여행을 통해 직접 과거로 돌아가 옛날 과학자들을 만나 양자역학을 배우는 주인공 다운이가 등장하고 시간 여행의 비밀도 같이 밝혀나가게 된다. 또한 시간 여행을 방해하는 정체불명의 방해꾼이 등장하며 극적 요소도 재미가 솔솔하다. 

슈뢰딩거의 고양이 사고실험은 슈뢰딩거가 양자역학의 확률적 해석을 비판하기 위해 고안한 것으로 이 책에서는 슈뢰딩거가 직접 등장해 고양이 실험을 누구나 이해할 수 있게 친절히 설명해 준다.  더해서 후반부에는 양자역학의 해석 문제를 둘러싼 아인슈타인과 보어의 격렬한 논쟁을 설명하는데 양자역학의 결과를 확률로 해석해야 한다는 보어와 자연 현상은 절대 확률로 결정될 수 없다는 아인슈타인의 주장을 설명한다. 

또한 다양한 게임을 즐길 수 있는 과학자 캐릭터 카드가 특별부록으로 수록되어 초등학생들에 맞춘 굿즈가 인상적이다. 

전자의 운동은 파동 방정식으로 설명할 수 있다. 이 새로운 물리학은 빛의 이중성에서 시작되었고 빛이 두 개의 성질을 가지면서 두 성질이 동시에 나타나진 않는데 간섭이나 화질을 이용한 실험을 할 때는 빛이 파동의 성질을 나타내고 광전 효과 같은 실험을 할 때는 빛이 입자의 성질을 나타낸다. 

물리학자들은 원자의 세계를 설명하는 새로운 물리학이 필요하다고 생각했고 배타 원리, 불확정성의 원리, 파동 방정식을 찾아냈다. 파동 방정식을 풀면 나오는 파동 함수는 전자가 특정 위치에 있을 확률을 알려준다. 양자역학에 따르면 전자의 위치는 관측하는 순간 결정된다, 관측하기 전에는 전자가 어디 있느냐는 질문이 의미없고 확률만 알 수 있을 뿐이다.

상자 안에는 고양이가 있고 고양이를 죽일 수 있는 독극물이 담긴 유리병도 있다. 망치 하나가 그 유리병을 향해 놓여있고 상자 안에는 방사성 원소가 담긴 병이 있다. 이 원소가 방사성 붕괴를 일으키면 그걸 감지한 장치가 스위치를 작동시키고 곧바로 망치가 유리병을 깨트린다. 결국 상자 안에 독극물이 퍼지게 되고 고양이가 죽는다.

근데 방사성 원소가 1시간 안에 붕괴할 확률은 50%다. 그렇다면 1시간이 지났을 때 고양이가 살아 있을 확률은 절반이고 확률적으로 보면 고양이는 반은 죽은거고 반은 살아 있는 거다. 하지만 양자 역학에 따르면 우리가 상사를 열기 전에는 고양이의 생사 여부를 확률로만 알 수 있고 상자를 열어 고양이를 보는 순간 두가지 상태 중 하나로 결정 된다는게 양자역학의 결론이다.