퀀텀 - 만화로 배우는 양자역학과 상대성이론 한빛비즈 교양툰 6
로랑 셰페르 지음, 이정은 옮김, 과포화된 과학드립 물리학 연구회 감수 / 한빛비즈 / 2020년 2월
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목이 『퀀텀』이다. 우리 말로는 양자(量子, quantum)로 물리학에서 상호작용과 관련된 모든 물리적 독립체의 최소단위라고 한다. 이 개념의 기저에는 물리적 성질의 기본요소가 '양자화'되어 있다는 생각이 깔려 있으며, 그 생각을 '양자화 가설'이라 한다. 물리적 성질의 크기가 특정 이산(離散)값으로만 정해질 수 있다는 것이라 한다(위키피디아 인용). 이렇게 개념을 읽고 이해가 된다면 참으로 대단한 일이다. 솔직히 말해 도무지 모르겠다. 그래서 조금이나마 쉽게 접근할 수 있는 만화로 도전했다. 만화라면 조금이나마 이해를 도울 수 있지 않을까 하는 기대감에서 말이다.

양자 역학은 원자분자등 미시적인 물질세계를 설명하는 현대물리학의 기본 이론이다. 양자 역학 이전의 물리학을 이와 대비하여 고전 물리학이라고 부르는데, 고전 물리학은 일상생활에서 느끼는 규모의 거시적 물질세계를 설명하는 데 유용하다. 양자 역학 결과를 거시적인 규모로 근사할 때 고전 물리학 결과의 대부분을 유도할 수 있다.그래서 양자 역학이 정확한 이론이라고 한다면 고전물리학은 잘못된 것이 아니라 근사적인 이론이라고 볼 수 있다. 이는 측정 기술이 발전함에 따라 고전 물리학으로 설명하지 못하는 현상들을 발견한 덕분이라고 말할 수도 있다.

양자(quantum)는 라틴어에서 나온 단어로 "얼마나 큰지" (how great or how much)라는 의미이며, 양자 역학에서 그것은 원자의 에너지와 같은 물리적 특성의 불연속 단위를 가리킨다. 양자 역학이 고전 물리학과 다른 특징적인 요소는 크게 3가지로 요약될 수 있다. 첫째, 양자화(quantization)로서 에너지, 운동량, 각운동량등의 성질들이 특정 값들에 제한되어 있다. 둘째, 파동-입자 이중성(wave-particle duality)으로서 미시적인 현상에서는 파동의 특성과 입자의 특성이 동시에 관찰되는데 이를 파동-입자 이중성이라고 한다. 거시 세계에서는 파동 현상과 입자가 만들어내는 현상은 분명하게 구별할 수 있다. 셋째, 불확정성 원리(uncertainty principle)로서, 물질의 어떤 특성들은 동시에 정확하게 측정하는 데 한계가 있다.

네이버 화학백과

 

양자역학에서 언급되는 시간, 공간, 에너지, 물질과 같은 내용들이 어떻게 접근하고 이해해야 하는지를 만화를 통해 다가갈 수 있다. 물리나 화학과 같은 과학에 대한 이해도가 높은 사람이라면 모를까 나 같이 과학분야와 그리 친하게 지내지 않은 이들에겐 첫걸음 조차 딛기가 쉽지 않으니 말이다. 하지만 한 번 이 책을 보고 금세 이해가 된다는 보장을 할 수 없을 거다.

철학이 우리가 사는 삶과 세상 그리고 우주에 대한 인문학적 관점으로 해석을 한 것이라면 과학은 이런 우리의 생각을 수치화 하고 입증하기 위함이란 것이다. 늘 과학의 필요성에 대해 고민한 부분인데 이번 『퀀텀』을 읽으며 더욱 그런 생각이 든다. 모든 학문은 생각을 입증해 가기 위한 과정이다. 보다 다양한 생각, 관점, 입장들이 반영되어 보편적이고 표준화 된 것을 만드는 것이 학문이 아닐까 싶다. 이것이 사람이 살아가는 데 필요하다면 체계적으로 만들어 학습을 하게 만들고 대를 이어 물려주는 것이다. 그 이론을 깨우쳐 가는 것이 학자가 할 일이다.

양자는 시간, 공간, 물질, 에너지를 어떻게 개량하는지를 이해하기 위해서는 필요한 부분이다. 그렇게 따져보면 양자역학을 고민하는 사람들도 꽤 철학적이라 생각되지 않나?


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