양자역학 쫌 아는 10대

“우리 몸이 먼지보다 더 작아진다면 어떤 일들이 벌어질까?”

양자 세계를 이해하고자 한 과학자들의 끝없는 도전과 탐구

눈에 보이지 않는 원자로 온 세상을 이해하는 양자역학의 세계

양자 컴퓨터, 양자 암호 등 최신 과학 이슈에서 보듯, 양자역학에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 하지만 먼지보다도 작은 미시 세계에서 일어나는 이상하고 신기한 양자역학의 개념을 이해하기란 아직 어렵기만 하다. 양자역학은 양자들의 정체와 그들 사이의 상호작용을 밝혀 오늘날의 현대 과학 기술과 정보 통신 문명을 탄생시킨 중요한 학문이다.

《양자역학 쫌 아는 10대》는 막스 플랑크부터 아인슈타인에 이르기까지 양자 세계를 이해하고자 기존의 물리학적 고정관념을 버리고 과감하고 도전적으로 연구한 과학자들의 이야기를 담았다. 이들의 연구 과정과 성과를 따라가며 양자역학의 원리를 알고 우리와 세상, 나아가 우주를 이해하는 핵심 개념으로서 이해할 수 있도록 돕는다. 특히 ‘양자돌이’라는 귀여운 입자의 여행을 따라가다 보면 흐릿했던 양자 세계를 또렷하게 이해할 수 있어 한층 쉬운 양자역학 입문서로 손색이 없다. 또한 양자역학이 적용되는 미래 과학 기술들을 미리 만나보면서 과학적 사고의 틀을 넓히는 좋은 기회가 될 것이다.

순간 이동, 두 얼굴의 모습, 운명적으로 얽혀 있는 존재들…

거시 세계의 우리에게는 이상하고 신기한 미시 세계 속 양자들의 이야기

양자역학, 대체 뭘까?

요즘 과학 분야의 대세 중 하나는 양자역학이다. 몇 년 전부터 <아이언맨>, <앤트맨> 같은 영화에서 입자 가속기나 순간 이동 등의 양자역학 개념들이 등장하더니 최근에는 양자 컴퓨터 개발에 대한 기대감도 커지고 있다. 도대체 양자역학은 무엇일까?

양자역학은 아주 작은 미시 세계 속 원자의 세계를 기술하는 학문이다. 양자역학 덕분에 기존의 고전물리학으로는 설명되지 않던 물질의 성질들을 파악할 수 있게 되었다.

《양자역학 쫌 아는 10대》에는 슈뢰딩거의 고양이로 유명한 슈뢰딩거와 아인슈타인, 보어, 막스 플랑크 등 우리가 익히 아는 과학자들이 다양한 실험과 연구를 통해 양자역학의 개념들을 탐구해 나가는 과정이 담겨 있다. 과학자들과 함께 고정관념을 깨고 여러 시행착오를 겪으며 고유 상태, 중첩, 얽힘 등 미시 세계만의 이상하고 독특한 특성을 파악해 나가다 보면 낯설지만 묘하게 이해되는 양자역학의 매력에 빠져들 것이다.

또한 견우와 직녀 이야기와 영화 <스타트렉> 속 순간 이동, 만화 <마징가 Z>의 아수라 백작 등의 재미있는 예들을 통해 양자역학의 정체를 쉽게 파악하고 좀 더 직관적으로 이해할 수 있도록 풀어냈다.

우리가 사는 물질 세계를 이해하는 법

양자역학이 없었다면 어떻게 살고 있을까?

미래 과학을 이끌 청소년에게 꼭 필요한

쉽고 재미있는 양자역학 사용 설명서!

과학의 역사는 우주의 천체들과 우리 주변 사물들의 운동처럼 큰 것에서 출발하여 원자나 분자, 그보다 더 작은 것들을 이해해 나가는 것으로 이어져 왔다. 큰 것을 다루는 고전물리학을 탐구하던 과학자들이 눈에 보이지도 않을 만큼 작은 양자의 세계로 넘어갔듯 말이다. 그런데 누군가는 우리가 굳이 원자나 분자 등 미시 세계에 대해 알아야 하느냐고 물을 수도 있다. 우리가 살고 있는 일상(거시 세계)의 물리법칙도 아닌데 말이다.

이에 대한 답은 의외로 당연하고 명확하다. 우리 주변의 모든 사물을 이루고 있는 것이 원자이기 때문이다. 고체와 액체, 기체를 구분하는 것이나 도체와 반도체와 부도체를 구분하는 것, 물체들이 띠는 색의 이유와 더 나아가 온실 기체가 지구 온난화에 영향을 미치는 원리까지도 양자역학을 이해해야 알 수 있다. 이미 양자역학은 물리학뿐만 아니라 다른 이공계 분야, 더 나아가 철학과 문학, 예술 분야에도 영향을 미치고 있다. 오늘날 현대 문명을 구축한 기반이자 미래를 열어 나갈 중요한 학문인 양자역학은 이제 우리 모두에게 필요한 최소한의 교양이 될 것이다.

《양자역학 쫌 아는 10대》는 한번쯤 궁금했지만 어려운 개념 때문에 엄두를 내지 못했던 이들을 위한 ‘양자역학 사용 설명서’이다. 양자 컴퓨터, 양자 암호 등 미래 과학 기술을 알고 싶은 청소년들뿐만 아니라 양자역학에 쉽게 입문하고 싶은 성인 독자들에게도 추천할 만하다. 고전물리학과의 차이점으로 양자역학을 정의하고, 다양한 실험들의 과정을 따라가며 점차 완성되는 양자역학의 개념들을 명확하게 정리할 수 있다. 나아가 양자역학이 가진 가능성을 알아 가며 미래에 주목 받을 과학 기술의 흐름도 미리 알 수 있다. 

지은이 : 고재현

서울대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST) 물리학과에서 박사학위를 받았습니다. 그 후 일본 츠쿠바 대학교와 삼성코닝 연구원을 거쳐서 현재 한림대학교 반도체·디스플레이스쿨 교수로 재직하고 있습니다. 물리학의 핵심 과목인 양자역학의 신기하고 이상한 세계에는 고등학교 때부터 빠져들었습니다. 디스플레이와 레이저 분광학 분야에서 교육 및 연구를 하고 있고 양자역학의 원리를 연구에 적극 활용하고 있답니다. 〈한국일보〉와 〈세계일보〉 등 일간지에 과학 칼럼을 연재하면서 과학 대중화의 중요성을 느끼고, 매년 10월 마지막 토요일에 전국 도서관에서 진행하는 ‘10월의 하늘’ 강연 등 다양한 과학 강연으로 학생들과 만나 왔습니다. 지은 책으로 《빛 쫌 아는 10대》, 《전자기 쫌 아는 10대》, 《빛의 핵심》 등이 있습니다. 나와 세상, 우주를 이해하고 미래를 이끌어 나갈 청소년 여러분을 현대물리학의 진면목을 보여줄 양자역학의 세계로 초대하고자 이 책을 썼습니다.

그린이 : 이혜원 

서울의 끝자락, 아름다운 도봉산 아래 터를 잡고 일하고 있는 행복한 일러스트레이터입니다. 서울여대 시각디자인과를 졸업하고 문구디자인 회사에서 제품디자인과 일러스트 작업을 맡아 활동한 뒤 현재는 프리랜서로서 다양한 그래픽 디자인 분야에서 일하고 있습니다. 작업한 책으로 《왜 에너지가 문제일까?》, 《왜 학교에는 이상한 선생이 많은가?》, 《꼬불꼬불한 컬링 교과서》, 《낯선 기술들과 함께 살아가기》, 《인류세 쫌 아는 10대》, 《언론 쫌 아는 10대》 등이 있습니다.

그림을 그리고 디자인한 책으로는 《발명과 특허 쫌 아는 10대》, 《문해력 쫌 아는 10대》, 《돈과 금융 쫌 아는 10대》, 《공유경제 쫌 아는 10대》, 《김영란의 헌법 이야기》, 《모두 다 문화야》, 《부시맨과 레비스트로스》, 《귀찮아, 법 없이 살면 안 될까?》 등 다수가 있습니다.

들어가는 글_원자의 세계, 이상한 나라로의 여행

1. 고전 물리학에 드리워진 어둠

물체의 운동을 완벽히 설명하는 완벽한 이론┃고전역학의 성공과 결정론┃과학자들의 낙관과 서서히 드리워진 어둠┃설명할 순 있으나 이유는 모르는

2. 원자, 넌 도대체 뭐니?

근대적 원자 이론의 시작┃원자의 움직임을 찾아┃서서히 정체를 드러낸 원자의 모습

3. 양자역학의 탄생

보어가 제시한 원자와 양자 도약┃파동이냐 입자냐, 그것이 문제로다!┃양자역학의 탄생

4. 양자역학 사용 설명서

고전역학 사용 설명서vs양자역학 사용 설명서┃고유 에너지와 고유 함수!┃양자 상태의 중첩

5. 원자에서 물질로

원자 속 전자 쌓아 올리기┃모두가 부러워하는 비활성 기체와 주기율표의 비밀┃원자에서 분자로┃다양한 고체 분류법

6. 양자 전성시대

양자 상태와 얽힘┃순간 이동이 가능하다고?┃양자 컴퓨터의 오해와 진실┃은밀히, 더 은밀히…양자 암호 통신의 세계

맺는 글_양자의 시대, 양자역학은 필수!

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