책소개

책으로 만나는 과학 전문 팟캐스트!

『과학하고 앉아있네. 4: 김상욱의 양자역학 더 찔러보기』는 팟캐스트 방송 ‘과학하고 앉아있네’를 책으로 엮은 교양과학 시리즈다. 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. 

이번 권에서는 3권보다 양자역학의 본질적인 이야기를 좀 더 심화해서 다룬다. 양자역학의 가장 어려운 개념인 ‘국소성’과 ‘실재성’, ‘실재한다’라는 양자역학적 의미 등의 이해를 돕고자 영화 [매트릭스]에 등장하는 빨간 알약, 파란 알약으로 설명한다. 그리고 이 빨간 알약과 파란 알약으로 간단한 양자역학 실험을 진행하면서 측정하기 전의 실체는 어떤 것인가에 대해 쉽게 설명한다.

저자소개

저자 원종우는 딴지일보 논설위원이라는 직함도 갖고 있다. 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. 과학 콘텐츠 전문 업체 ‘과학과 사람들’을 이끌면서 인기 과학 팟캐스트 [과학하고 앉아있네]와 더불어 한 달에 한 번 국내 최고의 과학자들과 함께 과학 토크쇼 [과학같은 소리하네] 공개방송을 진행한다. 이런 사람이 진행하는 과학 토크쇼는 어떤 것일까.

저자 김상욱은 어린 시절, 우연히 접한 양자역학에 큰 충격을 받은 소년 김상욱의 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. 축구공 위의 물리학자 

2. 12월 5일에는 맥주를 마셔라 

3. 숫자가 원자다 

4. 바람둥이 물리학자 

5. 측정이 파동을 입자로 만든다 

6. 양자역학, 아인슈타인의 공격을 받다 

7. 아인슈타인의 또 다른 한 방 

8. 빨간 알약, 파란 알약 

9. 존 폰 노이만과 데이비드 봄 

10. 빛보다 빠른 통신이 없거나 실체가 없거나 

11. 양자컴퓨터는 암호체계를 바꾼다 

12. 측정하기 전 우주의 실체는 

13. 실재한다는 것은 무엇인가? 

14. 측정당하지 말아야 한다 

15. 괴상하고 이상한데 잘 맞는 이론 

16. 양자암호와 양자컴퓨터

책 속으로

자, 여기에 아이스크림이 있다고 해봅시다. 아이스크림의 맛을 알고 싶어요. 그러면 아이스크림의 일부를 떼서 입에 넣어야만 그 맛을 알 수가 있겠죠? 자, 그렇다면 아이스크림을 조금도 먹지 않고, 그러니까 아이스크림에 전혀 변화를 주지 않고 그 맛을 알 수 있을까요? 혀만 살짝 대서 아주 조금만 먹었어도 현미경으로 본다면, 또는 100만 분의 1그램까지 측정할 수 있는 정밀한 저울로 그 차이를 재면 변화를 알 수 있겠죠. 아이스크림은 이해가 쉬우실 텐데, 우리가 보는 것에 대해서는 좀 다른 것 같아요.본다는 것은 빛이 물체에 부딪혀 튀어나온 후 우리 눈에 들어오는 것입니다. 빛이 물체에 부딪히는 동안 교란이 전혀 없을 수는 없어요. 물론 대부분 물체는 너무 무거워서 빛에 맞더라도 별영향을 받지는 않는 것처럼 보이지만 말이죠. 아이스크림을 맛볼 때에도 아이스크림을 교란하지 않을 방법이 없는 것처럼, 어떤 물리량일지라도 측정을 하려면 그 대상을 아주 조금이라도 교란할 수밖에 없다는 겁니다. 

/ 47-48쪽 

내가 달을 볼 때, 양자역학에서 왜 바로 그 순간에 달이 거기에 나타났다고 이야기를 할까요? 측정의 과정에서 대상이 필연적으로 교란을 받는다면, 내가 본 달의 모습이 원래의 모습인지 교란을 통해 바뀐 모습이 알 수 없게 되죠. 결과만을 알고 있거든요. 그러니까 이런 관점에서는 실체가 없다고 볼 수 있는 거죠. 측정이 교란을하기 때문에 그 전에 어디에 있었는지를 모르는 겁니다. 하지만 교란을 하지 않는다면 상황이 다릅니다. 봤을 때 거기 있다는 이야기는, 보기 전에도 거기 있었기 때문에 거기에 있는 거예요. 당연한 걸 설명하자니 말이 꼬이네요. 암튼 이 경우는 결과가 대상의 본질을 그냥 드러내는 역할만을 합니다. 대상은 실체로서 존재한다고 말할 수 있는 것이죠. 아인슈타인이 실체를 이런 식으로 정의하려 했다는 것은 이미 양자역학의 측정문제를 염두에 둔 겁니다. 실체의 정의에 대한 이런 사실을 받아들인다면, 이제 아인슈타인은 양자역학이 그 자체로 불완전하다는 것을 보여줄 겁니다. 

/ 64-65쪽 

나는 생각합니다. 그래서 내가 존재하나요? 우리가 매트릭스 안에 있는 것이 아닌가 하는 질문일 수도 있죠. 양자역학이 말한 대로 정말 모든 것이 측정하는 순간에 만들어지는 거라면, 그 전에 대상이 존재했는가는 확실하지 않습니다. 대상에 대한 실재성에 의심이 가는 거죠. 저희가 마지막으로 정리할 것이 바로 실체라는 것의 의미가 무엇일까 하는 것입니다. 

양자역학에서는 대상에 대해 알기 위해서는 대상을 관측해야 합니다. 만일 내가 우주의 모든 것을 알고 싶어요. 양자역학에 따르면 저는 우주 밖으로 나가야 됩니다. 우주 안에서는 결코 우주를 다 알 수가 없습니다. 최소한 나 자신을 뺀 우주의 나머지를 알 수 있을 뿐인데, 우주 전체에서 나를 뺀 나머지 우주가 전체 우주와 같을지는 잘 모르기 때문이죠. 우주 밖으로 나가서 본다는 게 무슨 말이죠? 우주의 정의는 밖이 없다는 것이거든요. 여기서 기묘한 모순에 부딪히게 됩니다. 

/ 71-72쪽 

양자역학은 실체나 물질이 아니라 상태 혹은 정보만을 이야기합니다. 양자역학이 말하는 상태는 고양이가 죽어 있는 것도 아니고 살아 있는 것도 아니고, 동시에 죽었거나 산 것도 가능한, 그런 것이 진실이라는 걸 이야기해주고 있어요. 그러면 우리가 실체에 대한 모든 것을 다 버리고 우주는 단순히 양자역학이 이야기하는 정보의 집합체이고, 단지 우주는 그 정보를 계산하는 것뿐이라고 생각 못할 이유가 뭐냐는 겁니다. 그 계산의 알고리즘이 양자역학인 거죠. 그러면 무한히 큰 계산기가 필요하냐? 그렇지 않다는 거예요. 10^90비트 메모리로 10^122번 계산할 수 있는 컴퓨터가 있다면 우주를 정보로 환원할 수 있습니다. 우리 우주가 컴퓨터로 시뮬레이션 될 수도 있다니, 정말 가슴 아픈 이야기일 수도 있어요. 

/ 108-109쪽