양자역학 입문서

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

일상 어디에나 있는 아주 작고 이상한 양자의 세계! 궁금하지 아니한가? '양자역학을 이렇게 쉽게 이해할 수 있다고?' 라는 생각이 들 만큼 이 책은 아주 쉽게 양자역학 세계의 입문을 도와주는 책이다. 우리 눈에 보이지 않는 미시세계의 양자의 움직임은 분명 이상하지만, 우리의 삶 곳곳에 응용되어 우리의 삶을 윤택하게 만들어 주고있다. 양자역학에 기반한 기술은 과연 얼마나 우리의 삶에 침투해 있을까? 아래 인용문장을 읽어보고 잠시 생각해보자.

20세기 초, 양자역학이 탄생하지 않았다면 우리는 지금 어떤 삶을 살고 있을까?

양자역학이 과학자들에 의해 성립되지 않았다면 오늘날 우리가 누리고 있는 문명의 편리함 중 무엇이 사라질까?

스마트폰, 텔레비전, LED와 같은 조명, 태양전지, 전기차, 컴퓨터, 인공위성, 인터넷, 가속기를 포함한 대부분의 과학 장비, '전자'라는 말이 붙는 모든 제품이 사라질거야.

남는 게 뭐냐고?

사실 양자역학을 활용할 수 없었다면 우린 19세기의 삶에서 크게 나아지지 않았을지도 몰라. 우리나라로 치면 조선 시대 말이야.

p9, 양자역학 쫌 아는 10대

지금 우리의 생활에서 전자기기를 모두 없애버린다면? 그건 상상도 할 수 없는 일이다. 사실은 전자제품 뿐만이 아니다. 우리 주변의 모든 사물은 원자로 이루어져 있고, 원자로 이루어진 물질의 성질은 당연히 원자에 대한 학문인 양자역학을 통해서만 정확히 이해될 수 있다. 고체-액체-기체의 구분, 도체-반도체-부도체의 구분도 양자역학을 통해서 가능하고 물체들이 왜 색을 띠는지, 우리 눈이 그 색을 어떻게 인식하는지, 온실 기체가 왜 지구 온난화에 책임이 있는지 등등 온갖 자연 현상들 역시 양자역학이라는 창문을 통해 바라봐야 제 모습대로 보이고 해석이 된다고 하니 양자역학에 대해 기본은 알고 있어야 하지 않을까? 또한 2022년 노벨 물리학상 역시 양자역학과 관련이 있다. 양자의 얽힘 현상을 실험적으로 규명해 양자기술의 활용 기반을 마련한 업적이 높이 평가받은 것이다. 양자역학은 현대 문명을 구축한 기반이자 미래 기술 (양자 컴퓨터, 양자 암호 등)을 뒷받침하는 중요한 학문으로 자리잡아 가고 있다.

이 책의 저자는 한국과학기술원(KAIST) 물리학과에서 박사학위 취득 후 현재는 한림대학교 반도체-디스플레이스쿨 교수로 재직 중이며, 양자역학의 원리를 연구에 적극 활용하고 있다. 또한, 일간지에 과학 칼럼을 연재하고 전국 도서관에서 다양한 과학강연을 하면서 과학 대중화를 위해 노력하고 있다. 풀빛 출판사의 과학 쫌 아는 십대 시리즈 중에 <빛 쫌 아는 10대>, <전자기 쫌 아는 10대>의 저자이기도 하다. 이번 책을 읽으며 이전 책도 관심있게 봐야 겠다는 생각이 들 정도로, 청소년 눈높이에서 어려운 과학지식을 차근차근 풀어내고 있다.

이 책의 목차는 아래와 같다.

1장 고전 물리학에 드리워진 어둠

2장 원자, 넌 도대체 뭐니?

3장 양자역학의 탄생

4장 양자역학 사용 설명서

5장 원자에서 물질로

6장 양자 전성시대

고전역학에서 양자역학으로의 움직임이 어떻게 시작되었는지, 양자역학의 기초부터 차근차근 접근해서 알려준다. 그리고 현재 양자 전성시대라 불릴 만큼 미래의 핵심기술로 자리잡은 양자역학 기술의 잠재력까지 알기쉽게 설명해주니, 양자역학의 기본기는 이 책으로 쌓으면 될 듯하다.

이 책은 지식전달을 위한 책이고, 양자역학의 방대한 내용을 아주 핵심만 추려서 독자에게 전달하고 있는 입문서이기에, 이 리뷰에 내용요약을 적는 것보다는 일부 페이지를 공유하는 것으로 책 안의 내용을 소개하고자 한다.

사실 양자역학은 어렵다는 편견으로 호기심 조차 갖지 않으려는 사람들도 종종 있는 것 같다. 나 또한 그랬다. 과학을 좋아했지만, 물리는 좀 어려웠고, 그 중에서도 양자역학 부분은 난해해서 접근하기 어렵다고 생각하곤 했는데, 이 책은 그 장벽을 확실히 낮춰주는 역할을 하는 책임에 틀림 없다. 빠져 읽다보면, '양자역학이 생각보다 재미있는 걸?'이라는 사고의 전환이 일어날 것이다. 깊이있는 지식까지는 아니어도 대략적인 큰 그림을 그릴 수 있도록 도와주는 책이다. 이 책을 통해 양자역학과 친숙해진 후, 더 궁금하다면 '더 읽어 볼 책들'(이 책의 뒷부분에 제공됨)을 참고한다면 큰 도움이 될 것이다.