때로는 단어에 눌려서 그 뜻을 알아보거나 공부하기에 엄두가 나지 않는 경우가 있습니다.

양자혁명도 그중에 하나라고 할 수 있습니다.

정완상 님은 과학에 대한 호기심으로 서울대 무기재료공학과에 다녔고

이후 한국과학기술원에서 이론 물리학을 전공하여 석박사 학위를 받았습니다.

30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되셨다니 와우

초심을 잃지 않으려고 꾸준히 연구했고 현재까지 국제 학술지에 무려 300여편의

논물을 게재하셨다고 합니다.

한동안 굉장히 유명했던 '과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈' 중에

'아인슈타인이 들려주는 상대성 이론이야기'등 31권

'과학 법정 시리즈' 50권을 집필했으며 최근작으로는

'개념 잡는 수학툰 시리즈'를 출간하신 작가님입니다.

우리나라에 노벨 과학상 수상자가 많이 나오기를 바라시면서

네이버 카페에 '정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기'를 운영을

시작하셨다고 합니다.

제가 어렸을 때 혹은 과학 공부를 제대로 시작했을 때

이런 책들이 있었다면 얼마나 좋았을까 하고 생각해봅니다.

정박사님과 물리군의 대화 형식으로 쓰여진 이 책은

저자의 새로운 시도 덕분에 우리에게 꼭 필요했던 이야기들이

일반인과 과학도의 입장에서 질문하고 이해하는 생각의 흐름을 따라

설명해주는 고마운 책이어서 더욱 반가웠습니다.

물론 무려 양자혁명이라는 제목의 책이니

세상에서 가장 쉬운 과학 수업이라는 부제는 달고 있지만

약간의 인내심과 자료 조사는 필수 과정입니다.

그래도 저처럼 과학에 문외한인 사람도 충분히 읽을만한

읽고나면 뭔가 뿌듯해지는 멋진 책입니다.

#양자혁명 #정완상 #성림원북스 #컬처블룸리뷰단

과학을 왜 지루하고 재미없다고 느꼈을까요.

그건 아마도 호기심을 마음껏 펼쳐볼 기회가 없었던 탓이 아닐까 싶어요. 재미를 발견하기도 전에 문을 닫아버렸던 거죠.  학교에서 배웠던 과학은 나의 궁금증과는 별개였고, 다른 영역이라고 여겼는데 이제보니 전부 연결되어 있더라고요.

《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자혁명》는 정완상 교수님의 과학 이야기책이에요.

저자는 대중들이 천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라는 마음으로 이 책을 썼다고 해요. 전공자가 아닌 일반인이 특정 학문의 논문을 찾아서 읽어볼 일은 거의 없는데, 이 책에서는 양자역학 이론에 관한 대표적인 논문이 굉장히 색다른 방식으로 등장해요. 과학자와의 가상 인터뷰로 시작하여 정교수와 물리군의 대화 형식으로 설명해주네요. 양자론의 창시자인 플랑크 박사님이 양자론 최초의 논문(1900년)을 완성한 시점에서 당시 논문을 쓰기 위해 공부했던 열역학 이야기, 흑체복사 이론을 이야기로 풀어내고 있어요.

플랑크의 논문은 양자라는 기묘한 입자의 첫 등장을 알리는 위대한 논문이라고 해요. 이 논문으로 인해 갈릴래이와 뉴턴이 완성한 역학이론이 무너지게 되었고, 새로운 역학 이론이 탄생했기 때문이에요. 플랑크 박사님의 양자는 불연속적인 에너지만을 허용하기 때문에 뉴턴 물리학에서 사용한 입자라는 단어 대신 양자라는 단어를 사용하게 된 거예요. 당시 과학자들은 빛은 전자기파라는 파동으로만 여겼는데 플랑크 박사님이 빛을 양자로 간주하는 가설에 세웠고, 광자로 채워져 있는 흑체에 대한 엔트로피를 계산했는데 이때 진동수가 v인 광자가 가질 수 있는 에너지는 hv가 되며 이 광자가 가질 수 있는 에너지는 hv의 정수배만이 가능하다는 놀라운 결과를 도출했어요. 여기서 h를 플랑크 상수, 양자상수라고 부르는데 이것이 바로 허용 가능한 에너지가 불연속적으로 주어지는 양자의 탄생인 거예요. 우리는 양자역학 이론을 당연한 듯 배우고 있지만 당시로서는 과학계의 파장이 엄청났다고 해요. 플랑크 박사님의 논문이 양자 시대의 문을 열었고 이후에는 모든 물리학이 양자의 개념을 담게 되면서 현대물리학의 기초 이론이 된 거예요. 거시세계를 탐구하는 고전역학에서 설명되지 않는 현상을 미시세계를 탐구하는 양자역학으로 풀어냈다는 사실이 놀라워요. 플랑크 박사님은 논문에서 흑체복사에 대해 잘 설명했지만 실험은 확인되지 않았는데 이를 해결한 과학자가 아인슈타인과 콤프턴이래요. 아인슈타인의 광전효과와 콤프턴의 실험은 빛을 파동으로 다루면 설명되지 않고, 빛을 광자라는 입자로 다루었을 때만 설명이 되기 때문에 플랑크의 양자 가설이 확인이 된 거예요. 양자의 존재를 밝힌 플랑크와 아인슈타인, 콤프턴은 이 업적으로 노벨물리학상을 받았어요. 위대한 논문을 통해 양자론을 배워보니 뭔가 제대로 과학 수업을 받은 것 같아서 뿌듯했네요.

요즘 시대에는 의지만 있다면, 노벨상을 받은 수상자들의 논문을 얼마든지 볼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 시도하지 않는 이유는 여러가지가 있겠지만, 첫번째로는 논문을 이해할 만한 기초지식이 부족하기 때문에 논문을 봐도 까만 것은 글이고, 숫자는 수식이라는 정도밖에 이해할 수 없는 것으로 생각하게 된다. 두번째 로는 보통 논문의 증명은 수식을 사용하는 경우가 많은데, 수식을 봐도 이해하지 못하는 경우가 많기 때문이다. 

위와 같은 주요 2가지 어려움에 대해 이책은 먼저 노벨상 이론이 나올 수 있었던 배경을 그 당시의 시대상과 기초적으로 알고 있어야할 배경지식들을 소개해준다. 또한, 중간 중간에 논문에 사용되는 수식들을 고등학생도 이해할 수 있도록 수준을 낮춰 알려주기 때문에 부담없이 이해할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 나처럼 수학의 기초가 부족한 경우에도 1~2번 다시 반복해서 보다 보면 자연스레 이해할 만한 수준으로 설명되어 있다.

그래서, 논문을 이해하기 위한 배경지식과 기초수학을 다 이해하고 실제 논문을 보면, 영어때문인지 100%이해했다고 확신하기는 어렵지만, 논문의 저자가 어떤 생각에서 이 논문을 만들었고, 어떤 아이디어를 통해 수식을 증명하는 과정을 보면서 나도 노벨상의 논문을 어느정도 이해할 수 있게되었다는 지적 희열을 느낄 수 있다.

이 노벨상수상자들의 오리지널 과학으로 배우는 과학은 반드시 계속 시리즈로 연재되길 바라며, 나중에 꼭 슈뢰딩거와 하이젤베르크의 양자역학도 꼭 다뤄주는 책이 빨리 출판되기를 오매불망 기다리고 있다.

* 이글은 출판사로부터 도서만을 제공받아 주관적으로 작성한 리뷰입니다

노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 과학을 배운다는 것은 정말 멋진 일이라 생각된다.

물리학이라고 하면 물리를 전공하거나 특별히 물리에 관심이 있는 사람이 아닐지라도 상대성 이론이라는 단어나 양자역학이라는 용어는 알고 있을 것이다. 그리고 조금의 관심이 있었다면 플랑크 상수라는 단어도 한번쯤은 들어보았을 법한 단어다.

지금 이 책은 바로 플랑크 상수를 만들어낸 플랑크에 대한 이야기다. 플랑크 상수는 아주 작은 값으로 대부분의 물리의 양자적 해석에서 상수값으로 사용되는 대단한 값이다.

이 책은 앞 부분은 플랑크에 대한 이야기로 시작되지는 않는다. 첫 도입은 기체에서부터 시작된다. 기체는 우리 생활속에서 늘 마주하게 되고 거시적인 개체이기 때문에 좀 더 해석적으로 볼 관점들이 많았을 것이다. 그래서 당시의 과학자들은 기체가 거시적이라는 가설에서 출발한 연구를 하였기에 처음은 열역학적인 해석이 나올 수 밖에 없었다. 예를 들어 보일과 샤를의 법칙이 그것이다. 보일은 압력과 부피가 반비례 한다는 것을, 샤를은 부피와 온도가 비례한다는 공식을 만들어낸다. 이때까지만 해도 각 기체의 입자에 대한 해석은 아직 등장하지 않은 상태였다.

이렇게 많은 과학자들이 이런 접근으로 기체에 접근하고 있었다.

그러던 중 기체가 입자라는 것을 처음 발견한 것은 돌턴이 원자설을 제시하면서 기체의 분자설이 등장하게 된 것이다. 그리고 아보가드로가 기체의 분자설을 공식적으로 제시했다. 아보가드로는 기체의 입자수와 부피가 비례한다는 아보가드로의 법칙을 만들어내게 된다.

또, 보일과 샤를 법칙과 아보가드로의 법칙이 합쳐져서 기체의 압력, 부피, 입자수, 온도에 대한 관계식인 이상기체 상태방정식이 등장하게 된다. 여기서 관계식을 성립하게 하는 상수값인 볼츠만 상수값이 등장한다.

이것이 바로 기체에 대한 해석이 거시적인 방향에서 미시적인 방향으로 전환하게 되는 분기점을 만들어낸 것이다.

그렇게 볼츠만의 상수에서 비롯된 볼츠만의 엔트로피에 대한 확률적 해석은 입자들의 미시적 관점에서의 확률적해석과 양자역학의 초문을 열었다.

드디어 등장한 양자역학은 흑채복사에서부터 시작된다. 플랑크 이전에 흑채복사에 대해 연구한 과학자들은 특정 파장대에서는 흑채복사 실험과 완벽히 일치하는 값을 찾아내지 못했다. 플랑크가 실험결과와 완전히 일치하는 흑채복사식을 만들어낸 것이다.

이 식에서 처음 플랑크상수가 등장하고 이 이론으로 플랑크는 노벨 물리학상을 수상하게 되었다.

플랑크의 이런 발견으로 양자의 개념이 세상에 알려졌고, 플랑크 이전과 이후의 물리학으로 나뉠 수 있는 물리학의 역사에서 대전환의 계기가 된다.

이후 슈뢰딩거와 아인슈타인과 같은 저명한 물리학자의 연구 방향에 지대한 영향을 미쳤다.

과학에서의 놀라운 발견은 기존의 가설과 이론에 반하는 새로운 가설이 등장하고 그것이 옳다는 것이 밝혀지므로해서 일어나는 것이다.

이런 새로운 접근을 시도할 수 있는 이들이 많이 등장하길 바란다.

* 출판사로부터 책을 제공받아 읽고 주관적으로 작성한 글입니다.*

양자 물리학에 관해서는 오래전부터 관심이 있었던 분야다.

과학도가 아니더라도 상대성 원리와 양자역학은 범 세계적으로 마치 상식이라도 되는 것처럼 지식인들의 단골 메뉴가 되었다.

나도 언젠가 본격적으로 이 쪽 세계를 섭렵하겠다고 벼르던 끝에 이책을 만났다.

양자라는 말을 많이 듣다보니 익숙해져서 쉽게 느껴질 뿐이지 내용은 만만치 않다. 양자에 대한 개념을 이해하기 위해서는 이전 까지 나온 과학적 지식을 갖춰야만 가능하다.

이 책은 양자의 첫 관문을 연 플랑크 논문을 집중연구함으로서 독자들에게 양자의 세계를 이해하도록 돕는다.

때문에 그 내용에 들어가기 앞서 배경 지식들을 설명한다.

가장 먼저 기체와 열역학에 대한 이론이 나온다.

기체와 열에 대한 이해는 오늘날 과학적 성과를 이루게 한 기본적인 배경지식이라고 볼 수 있다

그 다음으로 빛과 파동에 대한 이야기와 흑체복사 이론을 통하여 플랑크 상수를 발견하기까지 이야기가 전개하고 이로써 광자라는 양자가 가질 수 있는 에너지는 불연속적이라는 사실을 처음으로 알게되었다고 한다.

그리고 아인슈타인의 광전효과와 콤프턴의 실험으로 양자가설이 확인되었다는 내용으로 마무리하는데 마지막장은 플랑크의 실제 영문 논문을 싣고 있다.

이 책이 특별한 점은 기체 원리에서 부터 양자에 이르기까지 모든 과정을 수학적으로 증명하면서 설명하고 있다는 점이다.

때문에 글로만 막연히 알고 있는 내용을

수학적으로 확인할 수가 있어서 보다 확실하게 양자이론을 공부 할 수 있다.

하지만 문제가 있다. 수학이 만만치 않다. 책을 소개하는 표지의 글은 "세상에서 가장 쉬운 과학 수업" 이라고 나와 있지만 그것은 글보다는 수학공식이 더 익숙한 이공계열 학생이나 관련 학과를 공부한 이들에게 하는 말 같다.

숫자만 보면 속이 울렁거리는 수학 포기자들이나 수학을 배운지 오래된 사람들에게는 올라가지 못할 산이 될 수 있다.

물론 글만 읽어도 어느정도 이해는 간다 하지만 그러기 위해 이 책을 읽는 것은 낭비다.

하지만 과학을 좋아하고 수학적 지식이어느정도 갖춘 사람이라면 추천하는 사람들의 말처럼 이 책을 읽는 사람들은 복 받은 사람이 될 것이다.

이 서평은 서평행사에 참여하여 책을 제공받아 자율적인 환경에서 작성했음을 알립니다.

노벨상 수상자의 오리지널 논문으로 과학을 배우는 시리즈는 처음 접하지만 양자역학에 대해 과학 교양서적보다 한 단계 높은 지식을 접하고자 과감하게 도전하였다. 처음에는 잘 몰랐지만 책을 읽다 보니 양자역학 전체를 배우는 것이 아니라 양자역학 시대를 연 막스 플랑크의 논문을 이해할 수 있는 가이드 (아마도 학부 물리학과 강의 수준일 것으로 생각된다)이므로 이해할 수도 있을 것 같다는 생각이 들었고, 상당 부분은 열역학에서 다루는 내용이라서 전공과 연결되어 이해하는데 큰 문제는 없었던 것 같다.

플랑크의 논문, 플랑크 상수 등을 유도하는 과정을 위해 몇가지 수학이 이용되고 이 책에서 설명되는데 고등학교에서 배운 수학에서 출발한 내용이라 어렵지 않았고 (실제로 연필을 들고 계산하지는 않았지만) 흥미로왔다. 특히 페르마의 마지막 정리나 리만가설 등에 나오는 제타함수에 대한 내용이 나온 것과 물리적 불확실도를 의미하는 엔트로피를 계산하는 식이 나온 것이 무척 인상적이었다. 불확실도는 무척 애매하고 막연하다고 생각했는데 이를 경우의 수를 사용하여 구체적으로 계산한 것이 정확하게 들어맞는다는 점이 무척이나 묘하게 생각되었는데, 당대에 이를 연구하던 인물들이 얼마나 흥분하고 좋아했을까하는 생각도 든다.

그동안은 양자역학을 교양과학 서적을 통해 개념만 이해하는 수준으로 접해왔는데 수식을 직접 다루는 책을 보니 더욱 의미가 다가왔고, 앞으로도 가능하면 이런 시리즈를 통해 좀 더 구체적인 공부를 하면 과학에 대한 이해가 높아질 수 있을 것 같다는 생각이 들었다.