세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질

세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질 - 극저온의 액체헬륨부터 위상수학까지 ㅣ 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 17
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 10월

 '이 리뷰는 컬처블룸을 통해 출판사에서 도서를 제공 받아, 직접 읽고 작성한 리뷰입니다.'

 수학도 모르고 물리학도 모르지만 양자역학을 좋아하는 나는 읽어보고 싶은 책인데 좋은 기회에 얻게 되어서 읽게 되었다. “세상에서 가장 쉬운 과학 수업” 시리즈의 다른 책도 읽어 본적이 있어서 이 책의 장점을 잘 알고 있다. 이 책은 전에 본 책처럼 논문이 나오지는 않지만 영어도 못하고 수학도 모르는 내가 친절하게 개념적으로 설명해주는 책을 만날 수 있다는 것은 정말 좋은 일인 것 같다. 여전히 수식은 많이 나오지만 양자역학이라는 것이 꼭 수식을 이해하고 사용할 수 있어야만 알 수 있는 것은 아니다. 그리고 실제로 그렇게 할 수 있는 사람도 매우 제한적이라고 한다. 수식을 보고 겁을 먹을 필요는 전혀 없다.

 난 양자물질은 양자역학으로 설명할 수 있는 모든 것들을 뜻하는지 알았다. 전자나 쿼크, 광자 같은 그런 입자들부터 모든 것을 말하는지 알았는데, 이 책을 통해서 과학자들이 말하는 양자물질은 내가 생각하는 범위보다는 구체적이구나 하는 것을 알게 되었다. 초유체, 초전도체, 그래핀 등등 양자역학으로 설명이 가능한 기술에 조금 더 포커스가 맞추어 있는 것 같다. 몇 년 전에는 상온상압 초전도체의 발명으로 시끄럽기도 했다. 결국 아니기는 했지만… 그때 과학자들은 초전도체는 아닐 것으로 잠정적으로 결론을 내리고 실제 구현을 기다린 것으로 알고 있는데 그럴 만한 이유가 있었던 것으로 알고 있다. 이 책은 초전도체의 원리를 쉽게 알 수 있는 책인데, 과학자들이 그렇게 생각했던 이유가 있었다고 난 지극히 개인적으로 나름데로 추론을 한다. 가급적 어려운 설명을 배제하고 대중적인 책을 쓰려고 노력한 부분 때문에 더 자세하게 알고 싶다면 ‘GPT’ 를 이용하면 된다. 그래서 요즘은 과학책 보는 재미가 예전보다 더 올라간 것 같다. 아무튼 전기가 흐를 때 전자가 이동하면서 여러가지 마찰이 생긴다. 그래서 전기 손실이 일어나는데 초전도체는 마찰이 없다. 전자는 서로 밀어내는 성질이 있다. 때문에 자연스럽게 서로 쌍을 이루면서 움직이지는 않는다. 전자가 양성자를 지날 때 격자 진동이 발생을 해서 골짜기 같은 것이 형성이 되어 공간 왜곡이 이루어지고 이 때문에 전자가 밀러오는 현상이 발생하는 것 같다. 이러한 현상들이 모이면 마치 중첩되어 하나의 움직임처럼 되어 마찰이 없어 전기 손실이 없는 것인데, 격자 진동에서 전자가 서로 당겨지는 것처럼 보이는 이런 현상이 만일 외부에서 조금이라도 에너지가 전달이 되면 일어나지 않는다고 한다. 원래는 서로 밀어내는 것이 전자인데, 서로 당겨지는 것처럼 보이는 것이 진동 때문에 가능한 부분이고 이런 진동보다 더 큰 힘이 작용하면 전자가 서로 충돌하는 것으로 바뀌게 때문인 것 같다. 그래서 실제로 엄청나게 낮은 온도에서나 가능하고 상온 상압에서의 해결은 엄청난 난제인 듯하다. 물론 언젠가는 해결이 되겠지만…… 그래서 이러한 이슈로 주가가 갑자기 급등하면 적당히 수익실현으로 파는 것이 정답이다. 개발자를 하다가 지금은 소소하게 은퇴를 하고 투자소득으로 살기 때문에 독후감에 잠시 적어보았다.

 그래핀도 재미있는 부분이다. 난 그래핀이 왜? 양자물질이지? 했는데, 이 또한 ‘GPT’를 활용하면서 더욱 구체적으로 본다면 재미가 있다. 요즘은 ‘GPT’ 그림도 그려준다. 그래핀의 독특한 구조가 원자가 결합된 상태에서의 밴드형태의 전자 운동 때문으로 이는 양자역학으로 설명이 가능한 부분이다. 양자역학에 의한 구조와 구조가 가진 특징 때문에 2차원 고체로써 구부러지거나 휘어도 특징을 그대로 유지하는 것 같다.

 이 책은 굉장히 어려운 내용을… 그래서 여전히 어렵지만… 그래도 상당히 친절하게 설명을 하고 있다고 생각을 한다. 양자역학이 실제로 우리 삶에서 어떻게 쓰이는지 알고 싶다면 이 책을 보면 상당히 좋을 것 같다. 양자역학이 단순히 학자들이 지식놀이 하는 것이라고 생각하는 사람들이 의외로 많다. 그렇지 않다. 양자역학이 없었으면 일단 지금처럼 사람들의 수명이 늘어나지도 못했다. 의료기기에는 역자역학의 원리가 들어간다.