양자물리 좋아하세요?

양자물리 좋아하세요? - 평범한 아침에 만나는 열한 번의 양자 수업 ㅣ 프린키피아 12
채드 오젤 지음, 하인해 옮김 / 21세기북스 / 2026년 9월

[ 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다.]

좋아하는 건 아니지만 종종 생각난다는 건 관심이겠죠.

아직 다 알지 못해서, 더 알고 싶은 마음이랄까요. 이상하고도 신기한 양자역학의 세계를 다룬 책이 나왔네요.

《양자물리 좋아하세요?》는 채드 오젤 교수의 대중 과학서네요.

저자는 해가 뜨고 알람 시계가 울리는 평범한 아침 일상에 숨어 있는 양자론을 하나씩 밝혀내고 있네요. 학생들에겐 어려운 과목이고, 일반인들에겐 멀게 느껴지는 양자물리학을 열한 번의 일상을 소재로 흥미롭게 풀어낸 책인데, 마냥 쉬운 내용은 아니네요. 중요한 건 양자물리학이 실험실이나 과학자들에게만 한정된 세계가 아니라 우리 일상과 밀접하다는 사실이네요. 당연하게 여겨지던 일상이 과학자의 시선을 통해 모든 것이 양자물리의 기이하고 추상적인 현상에 크나큰 영향을 받는다는 것, 즉 우리가 살고 있는 이 세계의 본질이 양자 현상이라는 것을 발견하도록 이끌어주네요.

일출로 시작하는 첫 번째 일상에서는 물리학에서 기본 상호작용인 중력, 전자기력, 강한 상호작용, 약한 상호작용을 설명해주네요. 빅뱅이 일어나고 곧바로 수소 구름이 만들어진 뒤 중력이 기체를 끌어모았고, 전자기가 중력 붕괴를 막고 기체의 온도를 올렸으며, 강한 상호작용이 핵융합으로 엄청난 에너지를 내보냈고, 약한 상호작용이 수소를 더 무겁고 흥미로운 원소들로 바꾸었으니, 우리가 지구에서 볼 수 있는 거의 모든 것은 네 가지 기본 상호작용을 통해 만들어졌다는 거예요. 따라서 네 가지 기본 상호작용 중 하나라도 없었다면 우리는 존재하지 않았을 거예요.

누구나 흔히 사용하는 디지털 알람 시계는 현재 시간을 확인하고, 원하는 시간에 알람이 울리는 단순한 기능이지만 이 시계가 구현하는 현대의 시간 개념은 원자의 양자물리학과 물질의 파동성을 근간으로 하고 그 역사는 선사 시대까지 거슬러 올라가네요. 인류는 문자를 만들기 전부터 시간을 측정했고, 천문학적 현상으로 시간을 측정하는 데에 한계가 있어서 물시계, 모래시계를 발명했고, 탐험의 시대가 되면서 훨씬 정교한 시간 측정 장치가 필요해지면서 과학 기술이 맞물려 발전해왔네요. 원자와 빛에 대한 연구는 오랫동안 서로 독립적으로 이루어졌지만 빛이 원자의 내부 구조를 밝히는 가장 중요한 수단이라 원자와 빛은 떼려야 뗄 수 없는 관계였고, 원자나 분자가 발산한 빛으로 허용 상태의 에너지를 유추할 수 있게 되면서, 원자와 분자 구조에 대해 우리가 아는 사실상의 모든 지식이 탄생했다는 것이 놀랍네요.

알람 시계, 토스터, 전기레인지와 조명, 디지털 사진, 인터넷과 통신, 컴퓨터 칩, 냉장고 자석 등등 다양한 물건들의 작동 원리가 양자역학으로 설명되는 것은 당연하게 느껴지는데, 의외로 후각에 관한 내용이 신기하네요. 냄새를 맡는 과정이 근본적으로 양자 현상이라는 거예요. 냄새에 관여하는 분자의 화학 작용을 포함하여 우리가 아는 모든 화학 자용은 양자 현상 중에서도 가장 기묘한 현상에 뿌리를 두고 있는데, 그중 하나가 '스핀'이라는 매우 진기한 입자 속성이네요. 냄새 인지는 색 인지보다 훨씬 복잡한데, 인간의 망막에서 색을 감지하는 세포는 세 가지뿐이지만 후각 수용기 뉴런은 수백 종류에 달하기 때문에 우리가 인지할 수 있는 냄새도 색보다 훨씬 많다는 거예요. 냄새 분자가 인지되고 처리되는 과정은 아직 완전히 규명되지 않았지만 한 가지 확실한 사실은 아침을 따뜻한 차의 향긋한 향으로 시작할 수 있는 건 파울리의 배타 원리와 전자의 파동성 덕분이라는 거예요. 하이젠베르크의 불확정성 원리는 물리학을 전공하지 않은 일반 대중에게도 잘 알려진 양자물리학 개념 중 하나인데, 불확정성 원리에서 가장 유명한 내용은 어떤 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수 없다는 거예요. 그래서 많은 사람들이 불확정성 원리를 측정에 의한 현상으로 여기는데, 양자 불확정성은 입자 본질에 관한 문제라서 측정에 한계가 있는 게 아니라 양자 입자의 정확한 위치나 운동량을 논하는 것 자체가 무의미하다는 거예요. '불확정성'을 '비결정성'으로 번역하면 이해가 더 쉬워지네요. 비결정성이 우리의 아침거리가 안으로 붕괴하지 않도록 막아주기 때문에 우리와 우리의 아침 식사가 존재할 수 있다는 거죠. 우리의 평범한 일상 속에 이토록 놀라운 물리학 원리가 작동하고 있었다니, 그동안 우리는 이미 특별한 순간을 살고 있었네요.

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