책소개

『과학하고 앉아있네. 3: 김상욱의 양자역학 콕 찔러보기』는 팟캐스트 방송 ‘과학하고 앉아있네’를 책으로 엮은 교양과학 시리즈 중 그 세 번째 책이다. 과학이 어렵고 딱딱한 것이 아니라는 인식을 대중들에게 널리 퍼뜨리는 데 앞장서면서, 대중들과 함께 재미있는 과학 이야기를 하고자 하는 고품격 콜라보레이션을 추구한다. 다양한 과학자 및 과학 관계자들을 공개적으로 만나볼 수 있는 장을 마련하며, 그들과 함께하는 유쾌한 과학 토크쇼를 접할 수 있다는 것은 과학을 좋아하는 사람들에게는 사막의 오아시스와 같은 기쁨과 즐거움으로 다가올 것이다.

저자소개

저자 원종우는 딴지일보 논설위원이라는 직함도 갖고 있다. 그가 이끄는 〈과학과 사람들〉은 실제로 2013년 5월부터 딴지일보와 함께 대학로 벙커1에서 과학 토크쇼를 진행하는 중이다. 대학에서는 철학을 전공했고, 20대에는 록 뮤지션이자 음악평론가였고, 30대에는 딴지일보 기자이자 SBS에서 다큐멘터리를 만들었다. 2012년에는 『조금은 삐딱한 세계사: 유럽편』이라는 역사책, 2014년에는 『태양계 연대기』라는 SF와 『파토의 호모 사이언티피쿠스』라는 과학책을 내기도 한 전 방위적인 인물이다. 과학을 무척 좋아했지만 수학을 못해서 과학자가 못 됐다고 하니 과학에 대한 애정은 원래 있었던 듯하다. 40대 중반의 나이임에도 꽁지머리를 해서 멀리서도 쉽게 알아볼 수 있다. 이런 사람이 진행하는 과학 토크쇼는 어떤 것일까.

저자 김상욱은 어린 시절, 우연히 접한 양자역학에 큰 충격을 받았고 인생은 그 길로 결정돼버렸다. 그것이 물리학인지조차 모르던 상태에서 양자역학 연구를 삶의 목표로 삼아버렸기 때문이다. 그렇게 카이스트로 진학해서 학사, 석사, 박사를 모두 취득하고 세월이 지난 지금은 부산대학교 물리교육과 교수가 되어 있다. 학자 본연의 깊이 있는 연구에 몰두하면서도 어린 시절 자신의 경험을 잊지 않고 팟캐스트와 강연을 통해 대중에게 양자역학의 내용과 의미를 알리는 역할을 자임하고 있기도 하다. 조근조근한 말투에 얼핏 냉정하고 융통성 없는 과학자처럼 보이지만, 실은 과학의 잣대를 통해 확인되는 자연의 경이로움에 흠뻑 젖어 살면서 인간에 대한 깊은 관심과 사회에 대한 열정적인 비전을 가진 뜨거운 사람이다.

목차

1. 살을 빼려면 운동해야 한다 

2. 지구를 향해 자유낙하 하는 달 

3. “모든 것은 원자로 되어 있다” 

4. 하나가 두 개의 구멍을 동시에 지난다 

5. 자연이 이상한 게 아니라 우리 머리가 이상해 

6. “내가 달을 보지 않으면 달은 거기에 없는 것인가?” 

7. 슈뢰딩거의 고양이 

8. 우주가 여러 개라고? 

9. 양자역학이 없으면 컴퓨터도 스마트폰도 없다 

10. 무엇이 실체인지 모르는 양자역학의 세계

책 속으로

우주가 가진 가장 경이로운 점은 바로 다양하다는 거예요. 사람들을 보면 얼마나 다양합니까? 엄청나게 많은 사람이 있지만 생김새도 다르고, 목소리도 다르고, 머리나 피부 색깔도 다르고, 성격도 다 달라요. 사람뿐인가요? 딱딱한 책상도 있고, 말랑말랑한 빵도 있고, 번들거리는 숟가락, 날카로운 칼, 날아다니는 파리, 축축한 걸레, 투명한 유리, 시원한 바람, 푹신한 침대, 배고프다고 칭얼대는 강아지, 내 주변만 해도 세상은 얼마나 다양합니까. 우리 주위만 그런 게 아니라 멀리 다른 곳은 더욱더 다양한 것들이 존재하고 있어요. 하지만 이 모든 것이 원자라고 부르는 똑같은 걸로 되어 있다는 겁니다. 모든 것은 원자로 되어 있죠. 물리학은 모든 것을 운동으로 이해합니다. 결국 물리학에서 가장 중요한 일이 바로 원자의 운동을 이해하는 겁니다. 원자가 어떤 식으로 운동하는지를 기술하는 분야가 바로 양자역학입니다. 이제 양자역학이 얼마나 중요한 것인지 짐작하시겠죠. 한마디로 양자역학은 원자를 기술하는 학문입니다. 

/ 36-37쪽 

만일 어떤 물체를 봤더니 검은색이라면 그건 고전역학 입장에서는 원래 검은색이었기 때문이죠. 본다는 것은 원래 그 물체가 가지고 있던 그 색깔을 확인하는 겁니다. 그렇지만 양자역학은 내가 보지 않았을 때에는 여기 뭐가 있는지도 이야기를 하면 안 됩니다. 내가 보는 순간 여기 이 물체는 검은색으로 바뀐 겁니다. 그 전에는 무슨 색인지 모릅니다. 측정 전의 상태에 대해 이야기하면 안 된다는 거예요. 이에 대해서 아인슈타인은 일침을 날립니다. “그렇다면 내가 달을 보는 순간 달이 그 위치에 놓이는 거니까, 내가 달을 보지 않으면 달은 거기에 없는 것인가?” 코펜하겐 해석 지지자라면 그렇다고 해야 하는데 어딘가 불편한 느낌이 들지 않나요? 

/ 66-67쪽 

빛도 입자니까 빛에 맞으면 물체가 흔들릴 수 있다는 겁니다. 보통은 물체들이 워낙 크니까 빛의 입자인 광자에 얻어맞아도 별 영향을 받지 않아요. 하지만 전자같이 작은 녀석은 상황이 다르죠. 여러분이 전자의 위치를 알기 위해서 빛으로 전자를 때려서 맞고 튕겨 나온 빛을 보아야 하는데, 그 순간 전자가 움직인다는 거예요. 관측이 전자 위치에 영향을 주게 됩니다. 설명하지는 않았지만, 위치를 정확히 알려고 하면 할수록 더 높은 에너지를 지닌 광자를 사용해야 합니다. 분해능 이론에 따르면 짧은 파장의 빛을 사용해야만 더 자세하게 볼 수 있습니다. 그런데 플랑크의 이론에 따르면 파장이 짧아질수록 더 많은 에너지를 가지게 됩니다. 결국 여기서도 빛의 파동과 입자의 성질을 다 써서 설명합니다. 양자역학을 공부하다 보면 파동과 입자라는 것을 한꺼번에 쓰게 돼서 종종 혼란스러워져요. 저야 이제 하도 하다 보니 ‘입자의 파장’이니 ‘파동의 위치’ 같은 표현들이 아무렇지도 않지만 말입니다. 

어쨌든 이 때문에 전자의 위치를 정확히 알려고 하면 더욱 큰 에너지의, 즉 짧은 파장의 빛을 써야 하고, 그러면 전자가 더 많이 영향을 받게 되지요. 이 말은 전자의 속도가 불확실해진다는 겁니다. 

/ 71-72쪽 

양자역학이 없으면 우리는 19세기로 돌아가야 합니다. 19세기와 20세기는 과학기술의 관점으로는 양자역학이 있느냐 없느냐로 나눌 수 있습니다. 19세기에도 열역학과 전자기학이 있었죠. 내연기관과 전기기기가 있었다는 겁니다. 하지만 19세기에 없었던 것의 하나가 양자역학입니다. 그래서 반도체 같은 걸 이해하지 못했죠. 양자역학이 없으면 전자를 이해할 수 없으니까요. 따라서 양자역학이 없으면 단연코 컴퓨터는 없습니다. 반도체도 없고, 스마트폰도 없습니다. 지금 스마트폰이 있을 수 있는 것은 1920년대 양자역학을 이해해서 전자를 제어할 수 있었기 때문입니다. 전자를 제어할 수 있게 되었기 때문에 나온 학문이 전자공학입니다. 양자역학이 없으면 전자공학이 없어요. 전자의 운동을 기술하는 게 바로 양자역학이거든요. 

/ 108-109쪽