미시세계를 향한 열정, 양자 세계로 떠나보자...

[양자세계 여행자를 위한 안내서]는 어쩌면 지금까지 읽었던 양자역학 관련 책 중에서 가장 교과서에 근접할 정도로 관련 지식에 충실한 책이다. 즉 전공 서적이 아닌 이상 일반인들이 접할 수 있는 가장 난이도 높은 책 중의 하나라고 보여진다. 처음 책을 접할 때 들었던 상당한 부담감에도 불구하고 완독하는 데 큰 어려움이 없었다는 점이 다행스럽기는 하다. 어쩌면 이 책은 저자의 의도를 정확히 간파하는 것으로부터 시작해야 될 필요가 있다. 그것은 바로 양자 세계로의 정면 돌파다...

과학의 역사는 유럽을 빼고는 얘기하기가 어려울 것이다. 다만 2 차 대전 이후 유럽 대륙은 폐허가 되었고, 전도유망한 많은 과학자들은 기회의 땅인 미국을 찾았다. 공장을 폭격받지 않은 미국은 공업 중심국이 되었고, 필연적으로 돈, 인력, 산업기술 면에서 경쟁국보다 우위를 점하면서 세계 초강대국의 위치를 그다지 어렵지 장악할 수 있었다. 물론 그 중심에는 과학이 있었다는 점은 주지의 사실이다. 세계 최대 과학기술국의 위상은 냉전의 여파도 있었겠지만, 무엇보다도 과학을 향한 그들의 열정과 호기심, 그리고 강력한 정부의 뒷바침이 오늘날의 미국을 선진국으로 만들었다고 봐야 옳다. 

그런 미국 역시도 마음만 먹었다면 유럽보다 더 근사한 LHC 를 보유할 수 있었다. 레이건 대통령은 실제로 LHC 건설을 승인까지 했다. 그러나 천정부지로 치솟는 예산은 의회를 긴장시켰고, 다시 한 번 현대 과학의 첨병이라 일컫는 양자역학의 주도권은 유럽으로 넘어가기에 이르렀다. 2008 년은 어쩌면 유럽이 2 차 대전 이후 줄기차게 추격해 온 자신들의 식민지격인 미국을 뛰어 넘는 원년으로 기록될지도 모른다. 엄청나게 소모되는 예산 때문에 각국의 할당된 건설비를 가지고 밀고 당기는 설전을 벌이긴 했지만, 세계는 장엄한 실험실로 기록될 LHC 가동을 목격하게 되었으니 말이다...(잡다한 사고로 결국 진짜 실험은 2009 년으로 미뤄졌다...)

그렇다면 지하 100 미터 깊이에 설치된 LHC 가 일반인들에게는 어떤 의미를 부여할까? 여기에 대한 대답을 단정적으로 말하기는 어렵다. 과연 미시세계에서 일어나는 복잡한 현상을 연구하는 양자 물리학이 인류 미래에 어떤 영향을 끼칠 것인가... 저자 케네스 W. 포드 는 이에 대해 세 가지 관점에서 양자 물리학이 미래에 질문을 던지고 있다고 진단한다.

첫째, 과학자와 공학자들은 양자 세계를 활용하게 될까?
둘째, 아원자 하위 세계라 할 수 있는 영역에서 새롭고 보석 같은 지식들이 솟아날까?
셋째, 양자 이론의 이유가 밝혀질까?  p-344

이 책은 위의 세가지 질문에 대한 답을 얻기 위해 연구되고 있는 양자역학에 관련된 비교적 어렵지 않은 기초지식을 제공하고 있다. 그것은 곧 양자역학의 역사적 발전과정이나, 관점이 다른 과학자들의 논쟁이 아니라 양자 역학 그 자체를 논하는 데 비중을 둔다는 말이다. 다양한 소립자들과 그들이 가진 특징, 전문 교재에서나 볼 수 있는 기초 공식, 교과서를 방불케 하는 복습문제까지, 책을 완독한 독자라면 양자역학이는 학문이 가지는 전체적인 맥락의 큰 그림을 어렵지 않게 그려볼 수 있을 것이다.

사실 우주의 근본 원리를 알고자 하는 이유는 다양하다. 상대성 원리와 양자 역학이 거시세계와 미시세계를 훌륭하게 그려준다고는 하지만, 둘을 통합하려는 노력은 그다지 실효를 거두지 못하고 있는 실정이기는 하다. 많은 과학자들이 유럽 LHC 에 기대를 걸고는 있지만, 결과는 누구도 장담하지 못하고 있다. 수학적으로 정밀하다고는 하지만, 초끈 이론 자체도 단순히 미래 어느 시점으로 실험적 검증을 미루고 있는 가설에 불과하다. 말 그대로 어느것 하나 확실한 것이 없다.

그럼에도 불구하고 21 세기 최첨단의 과학을 선도할 양자 역학을 일반인들 수준에서 알아가는 것도 과학자들의 연구만큼이나 흥미로운 일이다. 이 책이 아원자 세계의 지도를 그린다는 전문성 때문에 딱딱한 이론서로 흘러버리지 않았을까 걱정하는 사람에게는 정교한 과학적 설명 이상의 매끄러운 문체와 과학사적인 흥미까지 곁들여 있다는 사실이 다소 위안이 될지도 모르겠다. 학창 시절 단순히 시험을 치르기 위한 과학이 아니라, 우리가 살아가는 자연의 근본을 해석하고, 그 원리를 알아가는 과정은 대단히 의미있다. 그런 점에서 우리는 물질과 반물질의 불균형이 오늘의 세상을 만들었다는 사실에 안도하는 아마추어적인 호기심도 느끼게 될 것이다. 

p.s. 이 책을 독파하기까지 수개월이 걸렸다. 책을 읽는 중간에 서강대학교 이성익 교수가 대학에서 실제로 강의한 양자 역학을 접했기 때문이다. 물론 현대물리학을 수강했다는 전제하에, 또 이공계 대학생 정도의 수학 실력을 가지고 있다면, 관심을 가져볼 필요가 있다. 무료이며, 또 다운까지 가능하다. 사이트 가기. http://eqml.sogang.ac.kr/supercon 

저자는 마치 핸드북이라도 되는양 개념에 대해서 꼬박꼬박 정리해서 간추려 읽는 독자들로하여금 나중에 인덱스만으로도 다시 찾기 쉽게 설명해 놓았다. 분명 책 재목그대로 안내서 즉 핸드북이라 해도 좋을듯하다. 사실 저자가 내보인 여러개념이 양자에 대한 모든것은 아니며, 충분한 설명은 아닐지라도 근래에 나온 책중에 양자에 대한 참 고마운 신간이라 할 수 있다. 책은 기존 양자서적에서 다루는 순서 즉, 고전역학, 상대성이론, 구양자론, QED,QCD,양자중력,끈이론의 순서가 아니라 오히려 그반대로 구성하여, 만만하게본 독자에게는 초반에 어려운 고비가 조금 있다. 하지만 나중에 점점 익숙한 개념으로 들어온다는 말이다. 특히 렙톤과 쿼크이론으로 설명하는 바리온족의 설명에서는 여러 붕괴과정이 나오고, 합성입자들에 대한 색전하개념, 페르미온 보존에 대한 설명은 저자가 책에서도 여러번 나오는 말그대로 이제 속도를 내기시작하니 "안전밸트를 단단히 졸라 매달라"고 할 정도로 이해하기 어려운 부분도 있다.

그나마 중간중간 나오는 사진이나 도표 그리고 장이 끝날때만다 나오는 연습문제도 풀지 않는다면 이책을 읽는 재미를 알지 못할것이다. 문제는 꼭 풀어보도록 물론 답은 보지말고...