양자 얽힘ㆍ표준 모형ㆍ호킹 복사ㆍ중력파ㆍ급팽창 우주론
맨해튼 프로젝트ㆍ냉전ㆍSETI 프로젝트ㆍ대형 강입자 충돌기
하이젠베르크ㆍ슈뢰딩거ㆍ디랙ㆍ파인먼ㆍ겔만ㆍ힉스ㆍ윌첵 …

양자역학의, 양자역학에 의한, 양자역학을 위한
거의 모든 결정적 순간의 기록!

1부 「양자」에서는 슈뢰딩거나 하이젠베르크에 비해 상당히 덜 알려진, 하지만 물리학에서는 그들만큼이나 중요한 폴 디랙의 일화를 중심으로, 아인슈타인의 특수 상대성이론, 하이젠베르크의 행렬역학, (‘슈뢰딩거의 고양이’로 유명해진) 슈뢰딩거의 파동방정식, 디랙 자신의 반물질로 인해 물리학이 맹렬한 속도로 ‘현대화’된 20세기 초의 상황을 다룬다. 또한 훗날 소련의 스파이로 드러난 브루노 폰테코르보의 기묘한 삶을 통해 그보다 더 기이한 ‘유령 같은 입자’ 중성미자를 이야기하면서 양자적 대상이 지닌 중첩(superposition)이라는 속성을 조명하고, ‘코스믹 벨(Cosmic Bell)’로 불리는 그에 관한 최신 실험들을 소개한다.

2부 「계산」은 12만 5,000명에 달하는 인력이 투입된 ‘맨해튼 프로젝트’와 히로시마 원자폭탄 투하로 시작해, ‘물리학자들의 전쟁’으로 알려진 제2차 세계대전 이후 (날씨 예측이나 생물 진화에 관한 연구로 가장된) 핵무기 연구에서 컴퓨터가 개발되고 발전된 과정, 냉전 초창기 소련에 대한 경쟁심과 불안감에 미국의 전후 세대에서 물리학자들이 과도하게 양성되어 수업 방식에 변화가 생기고 그에 따라 파동함수나 불확정성 원리의 ‘철학적 의미’나 ‘해석’에 대한 강조가 문제 풀이와 계산법에 대한 강조로 탈바꿈한 과정 등을 다룬다.

“이것은 양자역학을 둘러싸고 펼쳐지는 대하 드라마다. 이 대하 드라마에서 양자역학은 제2차 세계대전과 핵폭탄 투하, 냉전 등 인류 역사 속의 굵직한 사건들과 떼려야 뗄 수 없이 얽혀 들어간다.”
─박권, 고등과학원 물리학부 교수ㆍ『일어날 일은 일어난다』 저자

3부 「물질」에서는 우리에게 익숙한 전자나 광자뿐만 아니라 쿼크, 글루온, Z 보손, 그리고 2013년 ‘신의 입자’로 불리며 언론을 뜨겁게 달군 힉스 보손 등의 기본 입자들과 세 가지 근본 힘을 설명하는 표준 모형(Standard Model)으로 눈을 돌린다. 현대물리학을 지배하는 대칭이나 국소 변환과 같은 개념들을 앞서 소개하는 쿼크와 글루온의 속성을 통해 알기 쉽게 소개하는 것은 물론, 이러한 ‘고에너지물리학’을 실험하기 위한 초전도 슈퍼충돌기(SSC)나 대형 강입자 충돌기(LHC)를 두고 벌어지는 정치 사회적 격동, 입자물리학과 우주론이 입자우주론이라는 하나의 분야로 통합되는 20세기 후반의 풍경을 보여준다.

마지막 4부 「우주」에서는 표준 모형에 빠져 있는 한 가지 근본 힘, 중력을 설명하며 시간과 공간에 대한 이해를 완전히 뒤바꾼 일반 상대성이론과 이를 양자역학에 통합하고자 하는 과정에서 발견한 놀라운 이론들과 현상들을 소개한다. 고전적인 시공간의 개념이 무너지는 블랙홀을 예측한 펜로즈-호킹 특이점 정리, 블랙홀의 ‘가장자리’에서 양자역학의 법칙에 따라 에너지가 방출되는 호킹 복사 현상을 설명하는 데 그치지 않고, 인플레이션 우주론과 끈 이론, 그리고 그것들이 함축하는 다중 우주까지 소개한다.

스티븐 호킹부터 폴 데이비스와 프리초프 카프라까지,
아주 ‘작은’ 것들이 빚어내는, 아직 끝나지 않은 혁명

양자역학이 만들어진 과정이 “허먼 멜빌의 『모비 딕』보다는 하인리히 뵐의 『여인과 군상』에 가까운 군상극”이었듯이, 이 책을 이끌어 가는 것도 한두 명의 영웅이 아닌 매혹적인 여러 인물들이다. 한 시간당 한 단어를 말하는 것을 ‘1디랙’이라고 할 정도로 과묵했던 폴 디백, 나치를 피해 〈사운드 오브 뮤직〉에 버금가는 탈출을 감행한 엔리코 페르미, 존 르 카레의 첩보물 속 스파이를 방불케 하는 브루노 폰테코르보, 누군가가 자신을 독살하려고 한다는 망상에 사로잡혀 굶어 죽은 논리학자 쿠르트 괴델, 뉴에이지 운동과 반문화 운동에 힘입어 일약 베스트셀러에 오른 『현대물리학과 동양사상』의 저자 프리초프 카프라, 제2차 세계대전 이후로 더 합리적이고 호의적인 외계 문명을 찾기 위해 하늘로 눈을 돌린 필립 모리슨, 자신이 강하게 반대하던 중력파 검출 방법의 가장 고집스러운 옹호자가 된 킵 손, 그리고 자신의 병에 굴복하지 않고 의사의 말보다 50년을 더 살며 우주에 대한 놀라운 예측들을 이끌어 낸 스티븐 호킹을 따라가다 보면, 아주 작은 것들에 대한 연구에서 시작한 양자역학이 수많은 인물들이 빚어내는 아직 끝나지 않은 거대한 혁명이라는 것을 실감할 수 있다.

“카이저는 뛰어난 작가인데, 이 책은 그의 책들 중에서도 특히나 탁월하다. 깊이 있는 과학, 풍부한 역사, 인상적인 일화들로 잘 짜인 이 책은 대중 과학서 스타일로 쓰인 최첨단 학술서다. 앞으로 누군가가 과학의 역사가 무엇인지 묻거든 이 책을 쥐여줄 것이다.”
─매슈 스탠리, 뉴욕대학교 과학사 교수ㆍ『아인슈타인의 전쟁』 저자