웃으면서 보지는 못하지만 과학자들의 대결을 통해 양자역학에 한 발 다가서게 되는 만화

문과 출신도 웃으면서 보는 양자물리학 만화
뤄진하이 지음, 박주은 옮김, 장쉔중 감수 / 생각의길 / 2021년 4월

문과 출신도 웃으면서 보는 양자물리학 만화 : 웃으면서 보지는 못하지만 과학자들의 대결을 통해 양자역학에 한 발 다가서게 되는 만화

 

 

결론부터 이야기하자면 문과생이 이해하기 쉬운 양자역학은 없다.

만화로 되어 문과생이 이해할 수 있을 거라 책을 덥석 집었다 가는 책을 환불받는 31가지 방법에 대해 고민을 하게 된다.

굽시니스트의 역사만화처럼 심플하면서도 트랜디한 설명으로 복잡한 과학이론을 알기 쉽게 풀어 놓았겠지 하는 기대는 빨리 접자.

 

만화가 반 정도 섞여 있어도 슈뢰딩거의 고양이처럼 이 책은 만화와 과학서가 동시에 중첩되는 상황을 만들어낸다.

만화도 아니고, 이론서도 아니야.....!

 

문과생이 양자역학에 대한 관심은 사실 크게 없지만, 영화나 신문기사 등에서 단어가 불쑥 튀어나오면 나만 모르나? 하는 걱정에 좀 쉽게 설명된 자료는 없나 찾아보게 된다. 항상 그 때마다 고양이가 등장했지.

 

고양이 실험은 어떤 의미인지는 이해가 되나, 실제 이 실험에서 어떤 주장을 그가 하려고 하는지 헷갈렸다.

이 한 권의 책을 통해서 양자역학에 연계된 학파 간의 오랜 갈등과 최고의 천재 과학자로 추앙받던 아인슈타인의 고뇌를 알게 되었고, 양자역학이 결국 현대사회의 테크놀로지를 발전시킨 가장 기본적인 토양의 역할을 해냈다는 사실을 알게 된다.

양자역학이 없으면 레이저, 스마트폰, 컴퓨터, 전자현미경, 양자컴퓨터, 양자통신....모두 불가능한 일이다.

 

내용이 이해가 쑥쑥 되지 않더라도 여러 번 반복하여 익혀 볼 만한 주제라는 자신감을 가지고 책장을 넘겨가면 된다.

농담도 잘하는 이 시대의 과학자 리처드 파인만이 말했다. "누구도 진정으로 양장역학을 이해하지는 못했다."

파인만도 이해를 못하는 걸 당신이 할 수 있을까? 기대를 접고 담담하게 시작하자.

 

책은 뉴턴이 정립한 고전역학에까지 이른 인류의 과학사를 간단히 살펴본다.

만유인력과 뉴턴의 운동 3법칙.

여기까지는 문과생도 정규교과 과정을 잘 들었기에 알고 있는 내용이다.

거시 물리학의 완성도에 비교할 때, 해야 할 일이 많았던 양자역학의 미식세계로 젊은 과학자들이 몰려들었다는 이야기는 그들의 생계걱정에서 일이 시작되었을 지 모르겠으나, 인류에게는 축복이었고 그들의 도전이 세계의 역사를 이끌어간 힘의 원동력이 된다.

 

빛이란 무엇인가?

파동과 입자, 두 가지의 속성을 가지고 있다는 이야기는 어쩐지 사실을 피해 대충 현상을 얼버무린다는 느낌을 가지게 한다.

과학적 사실 입증이 된 걸까?

미립자설과 파동설은 무려 300년간이나 과학자들의 논쟁거리였는데 뉴턴이 빛의 분사실험을 통해 미립자설을 정설로 굳힌 바 있다.

하지만 한 세기가 지나서야 토머스 영의 이중 슬릿 실험으로 빛의 파동설이 부상하게 되었고 헤르츠가 빛이 전자기파의 일종이라는 증명을 해냄으로써 파동설이 대세로 자리 잡게 되었다.

재미있는 것은 이런 논쟁 가운데 광전효과라는 현상이 발견되는데, 지금까지의 거시세계의 물리학에서 양자역학의 미시세계로 물리학자들의 연구와 세상의 관심이 옮겨가는 분기점이 된다.

광전효과는 특정 물질에 특정 주파수의 전자기파를 쏘면, 그 물질의 전자가 광자에 의해 튀어나와 전류를 형성하는 현상이다. 빛 에너지가 전기 에너지로 전환된다는 의미이고, 물질의 전기적 성질에 변화가 일어나는 현상이다.

 

아인슈타인은 빛은 양자의 형태로 에너지를 저장하나 축적하지는 않는다고 주장하며, 하나의 양자는 광자와 충돌하여 하나의 전자를 방출한다는 광양자 효과를 주장하며, 빛은 입자와 파동 두가지 모든 속성을 가진다는 애매한 태도를 보인다.

 

하지만 그에 맞선 코펜하겐 학파의 보어가 아인슈타인의 이론을 반박해 나가며 궁지에 몰아넣게 된다.

이 두 세력은 상대방의 이론의 허점을 파고들며 설전을 펼치는데 양자역학이 성장하는 기회가 된 점은 아이러니하기도 하다.

 

계속 밀리던 아인슈타인 측에서는 양자역학에서 제일 유명한 실험으로 상황을 역전시키는데 바로 유명한 슈뢰딩거의 고양이 사고실험이다.

 

고양이를 집어넣은 상자에 들어있는 원자가 붕괴하면 액체병이 깨지면서 독성기체가 새어 나와 고양이는 죽음을 맞이한다. 하지만 원자가 붕괴하지 않았다면 고양이는 살아있게 된다. 양자역학에서는 원자해은 붕괴와 미붕괴 상태가 중첩되어 있다. 따라서 고양이는 삶과 죽음의 중첩상태라는 논리가 성립한다.

 

이 실험은 대립하던 코펜하겐 학파에게는 꽤 센 펀치를 날린 셈이지만, 그보다는 미시세계를 가시화된 거시세계에 연결시켰다는 점에 주목해야 한다.

 

어쨌든 오랜 과학자들의 논쟁은 결국 양자역학으로 기울었고, 현대의 과학이론중 가장 영향력이 있는 과학이론으로 우뚝 서게 되었다.

 

책을 읽어가며 한페이지와 다음 페이지를 연결하는 이론들의 가느다란 연관성을 이해하느라 쉽지 않았지만, 전체적인 이론의 역사를 알게 되어 조금은 양자역학 이론을 이해할 수 있게 되었다.

 

바로 제대로 된 이론서를 끄집어낼 자신은 없다. 이 책을 두어 번 더 읽어보아야 조금 더 이론적인 배경이 생길 수 있고, 동영상들을 통해 살을 붙여 나갈 생각이다.

 

문과가 아니라 이과생들이 와도 어려워 고개를 설레 흔들 수밖에 없으니 혹시 이 책을 읽어 나가며 괴로워할 필요는 없다는 위로의 메시지를 던지다.

 

*출판사에서 도서를 제공받아 작성한 서평입니다.