세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 불확정성원리 - 광학의 역사부터 슈뢰딩거 방정식의 탄생까지 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 5
정완상 지음 / 성림원북스 / 2023년 11월
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하이젠베르크의 불확정성원리 논문, 슈뢰딩거의 방적식 논문 내용이 들어있다.

불확정성원리가 나오기까지의 과정이 담겨 있다.



저자 : 정완상

서울대 무기재료공학 학사, 카이스트 이론물리학 석,박사. 경상대 물리학과 교수.

이 책이 눈길이 갔던 것은 낯익은 저자의 이름이어서다. 과학 전집류에서 정완상 교수님의 성함을 심심치 않게 보았다. 이미 《과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈》, 《과학 공화국 법정 시리즈》를 집필하셨고 과학에 흥미가 있는 학생들이라면 한 번쯤 본 책이라 생각이 든다.



이 책의 타이틀이 '세상에서 가장 쉬운 과학 수업'인데 과학에 관심 있는 일반인이나 학생들에게도 불확정성원리의 논문 내용이라면 선뜻 손대기 어려울 것이다. 과학 용어가 일단 생소하고 담긴 과학적 세계가 추상적인 측면의 전문적 지식을 담고 있기 때문이라고 생각한다. 첫 부분의 원자, 전자, 입자, 파동, 미분 등 용어 자체가 과학 학문 용어이지 않은가. 그럼에도 이 책이 잘 읽히는 것은 다소 생소한 주제이지만 처음부터 논문 내용의 개념이나 이론을 딱딱하게 이야기하는 것이 아니라 왜 이런 이론이 나왔고 역사적으로 어디서부터 시작되었는지 광학부터 찬찬히 이야기해 준다. 그리고, 대화 형식의 한 예로, 물리군과 정교수의 이야기를 풀어놓기에 마치 두 사람의 수업을 청강하는 듯한 느낌이 든다. 곳곳에 그림과 과학자 사진, 필요한 공식, 그래프, 그림이 있어 추상적이고 막연한 이론에 대해 희미하지만 짐작할 수 있도록 도와준다. 초반 부분은 그래도 쓱쓱 잘 넘어갔는데 뒤로 갈수록 수식이 나오는 수학 개념(함수, 미분, 적분, 변분법, 푸리에 급수 등)에 대해서는 이해는 못 했다. 그래도 흐름에 따라 쭉 읽으면서 수록된 과학 이론의 종류, 이론의 발생 시기, 과학자의 삶이나 활동한 시기는 알게 되었다. 문과생이 해독한 나름의 책 보기라고 나 할까? 이 책을 온전히 이해하기에는 나의 수학 수준이 좀 많이 부족해서 고등학교 시절 배운 수학에 대한 복습이 필요한 것 같다.

과학에 흥미 있는 학생은 이런 책을 읽고 그래도 영상까지 찾아보며 재미있게 읽는 모습을 보았다. 꼭 이 책을 다 이해하지 못해도 그렇게 이 책에 나온 내용에 관해 호기심을 갖고 찾아본다는 것이 나는 또 다른 긍정적인 반응이고 접근법인 것 같다.

나는 문과생으로 이 책을 읽어나가서 그런지 과학자들의 삶이 재미있었다. 그래서 그들이 펼친 주요 이론을 이해는 못 했지만 어떤 내용인지 감만 생긴 것 같다. 끝까지 오랜 시간이 걸렸고 이해하려면 다회독 해야함을 느꼈다.

1928년 아인슈타인은 하이젠베르크, 보른, 요르단을 노벨 물리학상 후보로 추천했으나 1932년 노벨 물리학상 수상 위원회는 불확정성원리의 발견으로 하이젠베르크의 단독 수상을 결정했다. 1954년 보른도 노벨 물리학 상을 받았지만 요르단은 노벨상 수상 기회를 놓쳤다.

노벨상 수상과 관계없이 행렬역학의 창시자를 하이젠베르크-보른-요르단이라고 말한다고 한다

-119쪽


이 책은 양자역학의 탄생 과정을 다룬 책이다.



에렌페스트는 오스트리아 유대인 출신이며 우울증을 앓았고 다운증후군인 막내아들을 죽이고 자살했다.

불확정성원리 :

위치의 불확정성=위치의 표준편차=위치의 오차는 0이 아니다.

운동량의 불확정성=운동량의 표준편차=운동량의 오차는 0이 아니다.

식 (6-6-20)에 근거해 하이젠베르크는 불확정성원리를 다음과 같이 기술했다.

전자의 위치와 운동량은 동시에 정확하게 측정할 수 없다.

하이젠베르크

플랑크 상수가 너무 작기 때문에 우리가 사는 세상(거시 세상)에서는 불확정성원리를 잘 느낄 수 없다고 한다. 하지만 전자가 살고 있는 아주 작은 세상(미시 세계)는 불확정성원리가 매우 중요한 역할을 하게 된다.




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