1. 요약 。。。。。。。

     양자역학은 세상을 물리적으로 이해하는 유용하고, 실제 세계를 설명하는 데 썩 잘 맞아 들어가는 이론이다. 문제는 이 이론이 가지고 있는 이해하기 어려운 모호한 점 때문이다. 온도에 따른 빛의 색을 분석하던 중 발견된 광자라는 요소, 그리고 빛이 지니고 있는 입자로서의 특성과 파동으로의 특성. 나아가 양자 세계에서 보여주는 ‘중첩’이라는 특성...

      슈뢰딩거는 이 모호점을 ‘슈뢰딩거의 고양이’라는 비유를 통해 보여주었다. 여기서 핵심은 누군가 직접 관찰하기 전에는 고양이는 반쯤 살았고, 반쯤 죽은 상태라는 것.(살았는지 죽었는지 알 수 없다가 아니다) 이를 수학적으로 표현하면 이를 파동함수의 붕괴와 관련된 모호점이다. 물결이 퍼지듯 존재하던 양자의 상태가 관찰하는 순간 단 하나의 점으로 수렴되어 버리는 것.

      이 책은 이 문제를 큐비즘이라는 이론으로 접근한다. 여기서 큐비즘이란 Cubism(미술의 ‘입체파’)이 아니라 QBism이다. Q는 양자를 가리키는 Quantum을 가리키고, Bism은 Bayesianism의 줄임말이다. 베이지어니즘은 목사이면서 수학자이자 통계학자이기도 했던 토머스 베이즈가 제안한 이론에 기초해 있음을 보여주는 명칭이다. 그 핵심은 이론에 있어서 관찰자의 역할을 좀 더 적극적으로 인정하는 데 있다. 

      이전의 물리학이론에는 관찰자와 완전히 별개로 존재하는 현상해석이 금과옥조처럼 여겨졌다. 문제는 양자역학의 모호점에 관찰자가 이미 들어가 있다는 점이다.(관찰자가 관찰하는 순간 파동함수가 붕괴된다) 큐비즘에서는 아예 관찰자의 자리를 이론의 한 쪽에 위치시킨다. 이 때 확률과 통계에 관한 개념이 더해지고. 즉, 물리학 이론의 객관성(객체성)에 주관성(주체성)을 더해 문제를 해결하려는 시도가 큐비즘이다. 

2. 감상평 。。。。。。。

     물리학이니 양자역학이니 하는 것과 전혀 관련 없는 전공을 가진 나로서는 솔직히 책을 읽어 나가는 것만 해도 고생이었다. 책 뒷면에 실려 있는 추천사의 한 구절이 완전히 공감된다. “이 책을 읽고 나서 양자역학이 이해가 되었을까? 천만에! 하지만 적어도 양자역학을 이해가 아니라 암기로라도 도전할 용기가 생겼다.” 물론 뒷 문장은 아직 확신이 서지 않지만.

      책의 내용에 대한 비평은 따로 할 것이 없지만, 스스로 ‘객관적임’을 자랑하던 과학계에서 마침내 주관성을 인정하게 되었다는 점은 인문학적으로도 뭔가 메시지가 있는 부분이지 않을까 싶다. 책 소개처럼 큐비즘이 새로운 산업이나 경제에 얼마나 도움이 될지는 아직 감이 안 잡히지만.

     내용을 전개하는 방식 면에 있어서는 몇 마디 덧붙이자면, 분명 이해를 돕기 위한 것이겠지만, 저자가 자주 사용하는 비유가 오히려 혼동을 자아내는 면이 있다. 특히 나처럼 겨우겨우 책의 내용을 따라가는 사람에게라면.(물론 내용이 익숙한 사람이라면 흥미롭게 넘어갈 수 있을지도)

 제목부터 과학 용어가 쏟아져 무슨 말인가 하겠지만, 큐비즘은 어떤 것인지 애매하더라도 '양자역학'과 '슈뢰딩거의 고양이'는 흔히 들어봤을 것이다. '슈뢰딩거의 고양이'는 밀페된 상자에 있는 고양이는 관찰자가 직접 보기까지 죽은 상태와 살아있는 상태가 함께 있는 아이러니한 상황에 있다는 사고실험이다. 살아 있기도하고 죽어있기도 한 상태라니 모순적일 수밖에 없다. 하지만 이 찝찝함을 '큐비즘'이라는 새로운 이론에 의해 해결 된다는 것이다. 

 '양자역학의 미래 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다'는 책의 제목처럼 슈뢰딩거의 고양이가 역설의 답은 '큐비즘'을 내놓는다. 큐비트는 미래에 일어날 수 있는 일들의 확률에 대한 관측자의 신뢰를 말한다. 즉, 고양이의 상태에 주목하는 게 아니라 미래 관측에 대한 확률을 제공해주는 수학 공식을 나타낸다는 것이다. 이미 결과가 나온 후엔 그 전의 고양이 상태는 의미 없는 상태가 되는 것이다. 이는 책의 예시처럼 동전을 던졌을 때 떨어지기도 전에 결과가 앞면이면서 뒷면이라고 얘기하는 것과 같다. 

 기존에 있던 모순을 해결하기 위해 새로운 시각을 접목시키다니 물리학은 굉장히 흥미롭다는 것을 새삼 깨달았다. 단순히 있는 물체와 움직임을 수치화시킨다고 생각했는데 나아가 미래의 가능성에 대해 생각하고 또 접해보지 못한 우주, 빛 등 추상적인 공간을 손에 잡힐 수 있게 해준다니 굉장히 매력적이다. 또 마냥 완벽하게만 보였던 물리학자들도 끊임없이 연구하고 우연히 해답을 찾기도 한다는 점이 재미있었다.

 이 책에선 우리가 '큐비즘'을 보다 잘 이해할 수 있도록 그 자취를 차근차근 따라가게 해준다. 양자부터, 파동함수, 확률까지 설명해주어 물리학이 어려운 사람들도 파악하기 쉽게 적혀있다. 게다가 설명이 필요한 부분마다 그림 설명과 이해가 단번에 가는 비유까지! 물리학은 딱딱하고 재미없다는 인식이 강했는데 이 책은 독자들에게 최대한 풀어주고 이해시켜 주려는 정성이 돋보인다. 여러 이론들이 눈에 보이는 것처럼 명확한 게 아니니 애매하고 헷갈릴 만한데 이런 상세한 설명 덕에 흥미를 잃지 않고 쭉 따라갈 수 있었다. 

 물리학은 하나의 학문에 지나지 않는다고 생각했는데 빅데이터가 이끄는 산업혁명까지 설명할 수 있다니 놀랍지 않을 수 없다. 물리가 어렵게 느껴지고 어색한 사람, 현재 물리의 진화가 어디까지 뻗어왔는지 궁금한 사람들은 이 책을 재밌게 읽을 수 있을 것이다. 

-리뷰어스 클럽의 소개로 출판사로부터 책을 제공받아 주관적으로 작성한 글입(http://cafe.naver.com/jhcomm/13279)

양자역학이라는 말은 많이 들어서 생소하지 않습니다. 하지만, 솔직히 말해서 양자역학에 대해서 설명하라고 하면 한 마디도 못 할 정도로 모르는 분야이기도 합니다. 이 책은 어려운 물리학의 하나인 양자역학을 이해할 수 있으며 큐비즘에 대해서도 쉽게 알 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. 특히, 미국에서 과학저널리즘상을 수상한 과학 전문 저자가 대중을 위해 어려운 공식 없이 물리학을 알리기 위한 책이기도 합니다.

전기, 가스, 태양 등 물체가 탈 때 각기 다른 색깔의 빛을 복사한다고 합니다. 1900년가지 명확하지 않지만 빛은 파동의 일종으로 알려졌다고 합니다. 눈으로 광파의 주기를 볼 수 없지만 색깔이 다른 광선은 진동수(f)가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 처음에 각 색깔의 광선은 각각 얼마나 세게 빛을 방출하는가라는 것을 복사곡선으로 설명하려 하였고, 독일의 막스 플랑크는 통계학적 방법을 사용하였다고 합니다. 현재 밝혀진 것은 진동자는 원자와 분자의 양자로 되어 있고 플랑크 상수 h는 양자역학적 현상의 크기를 나타낸다고 합니다. 양자역학의 상징인 플랑크 공식은 기본적 에너지 꾸러미(e)를 두 변수를 이용하여 e=hf 라고 정의합니다. 아인슈타인은 빛 자체가 에너지 꾸러미로 되어 있다고 제안하고 처음에 양자라고 했고, 나중에 광자라고 이름을 붙였다고 합니다.

슈뢰딩거의 고양이는 살아있는 고양이 한 마리를 가이거 계수기, 중성자를 쏘여 방금 만든 신선한 방사성 원자, 망치, 독가스가 들어 있는 유리병으로 구성된 연쇄반응 장치 상자에 넣습니다. 원자가 붕괴하면 가이거 계수기가 감지하고 전기신호를 보내어 망치의 방아쇠가 당겨지면서 유리병이 깨지게 되어 속의 가스에 의해 고양이가 죽게 될 것이라는 것입니다. 북극의 붕괴하지 않음을 나타내는 0과 남극의 반대인 1을 가지고 있는 방사성 원자인 큐비트가 있는데, 고양이를 발견했을 때 큐비트 값이 0과 1의 섞임이라고 합니다. 이 때의 고양이 상태는 무엇인가? 붕괴한 원자는 죽은 고양이를 의미하고, 붕괴하지 않은 원자는 살아 있는 고양이를 의미한다고 합니다. 상자를 열면 둘 중 하나의 상태이지만, 상자를 열기 전에는 살아있으면서 동시에 죽어 있는 것입니다.

역시 양자역학은 쉬운 개념이 아니라는 것을 다시 한번 느꼈습니다. 대중을 위해 만든 쉬운 책임에도 불구하고 집중해서 읽어 나가야 하는 부분들이 자주 나왔습니다. 하지만, 평생 모르고 살아갈뻔한 양자역학의 탄생부터 미래의 영향까지 큰 숲을 이해하는데 도움이 되었습니다. 한참 공부하는 학생들에게는 꼭 읽어 보라고 추천 드리고 싶은 책입니다.^^

(출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다.)

18세기 영국의 물리학자 존 돌턴은 물질을 이루는 가장 단위는 원자이며 원자는 더 이상 쪼개질 수 없다고 하였습니다. 처음에는 그의 이론이 받아들여 졌지만 점점 과학 기술이 발달하면서 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있고, 원자핵은 다시 중성자와 양성자로 나뉠 수 있다고 합니다. 원자의 구조도 처음에는 딱딱한 공 모형이었지만 실험을 통해 모형을 보완해 나가면서 지금은 원자 주위에 전자가 존재할 확률 분포를 점으로 찍은 구름 모형으로 그리고 있네요.

양자역학은 최신 물리학 분야로 원자의 모형을 확률로 설명하고 있습니다. 일반적으로 과학은 엄밀한 증명을 통해 이론의 여지가 없어야 한다고 생각하지만 양자역학에서는 존재하는 확률로 나타내고 있어 기존과는 조금 다르네요. '양자역학의 미래, 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다' 는 양자역학을 설명하는 이론 중의 하나인 큐비즘에 대한 입문서입니다.

양자역학에서는 전자가 존재할 확률이 중요합니다. 과학에서 가장 유명한 고양이인 슈뢰딩거의 고양이가 여기서 등장하네요. 한 물리학자는 박스 안에 고양이를 넣고 독가스를 주입했을 때 고양이는 살아있을 수도 있고 죽어있을 수도 있다고 합니다. 고양이가 어떤 상황인지 모르는데 확률로 이론을 설명한다면서 불확정성을 반박하였는데 반대로 이 실험이 양자역학을 설명하는 유명한 사례가 되었네요.

이 책에서는 베이지안 통계를 이용하는 큐비즘으로 양자역학을 설명하고 있습니다. 큐비즘은 확률 1과 0은 행위자의 개인적 신뢰일 뿐 실제 세계에 대한 진술은 아니며, 1에 가까운 확률과 1의 확률 사이에는 질적인 차이가 없다고 하는데 이러한 큐비즘의 급진적인 깨달음은 일반적인 물리학자들이 받아들이기 어렵다고 합니다. 양자역학과 베이즈 확률에 대한 기초가 없어서인지 한줄 한줄 따라가면서 읽어도 이해하기 쉽지는 않네요.

책 후반부에 양자역학에 대한 몇 가지 해석들이 나오는데 큐비즘이 가장 널리 인정을 받으면서 중요한 해석으로 자리잡을수 있을 것인지 궁금해 집니다. 2017 대중과학/대중수학 부문 수상작으로 선정되었다고 하는데 일반 사람들을 위한 교양 서적이기는 하지만 물리학에 대한 지식이 있으면 어느정도 있어야 읽는데 문제가 없을것 같아요. 양자암호, 양자컴퓨터 등 양자역학 이론이 실재로 현실에서 응용되면서 이에 대한 관심도 증가하고 있는데 양자역학의 기본에 대해 읽어볼 수 있어 도움이 되었습니다.

출판사에서 보내주신 책을 읽어보고 리뷰를 썼습니다.

이 서적은 양자역학의 불완전함을 증명해 보이려고 1935년 슈뢰딩거가 고안했던 실험에서 고양이가 들어있는 상자 속 방사성 핵이 들어있는 기계와 독가스의 통이 연결시킨 후 핵이 붕괴할 확률을 50%가 되도록 조정한 후 고양이가 죽었으며 동시에 살아 있는 고양이가 존재할 없다는 사실을 주장한 사고 실험의 제목에서 출발한다. 그리고 토마스 베이즈가 제안했던 확률해석인 베이즈의 정리(두 확률 변수의 사건 확률과 사후 확률 사이의 관계를 나타내는 정리)를 여러 수학자들이 개발시켜 2002년 칼톤의 논문에서 ‘베이지언 확률로서 양자 확률’을 발표하여 양자역학의 새로운 해석이 등장하는데 저자는 이 새로운 베이지언 이론(큐비즘)으로 양자역학을 해석해 슈뢰딩거의 실험을 반박하고 미래의 발전에 큐비즘의 역할에 대한 기대를 반영한 서적으로 볼 수 있다.

서적의 구성은 크게 4개로 구분되어 있다. 1장은 양자역학의 기초적 내용을 상세하게 설명하여 독자의 이해를 돕는다. 2장은 큐비즘이 무엇인가에 대해 출발부터 발전과정을 담고 있다. 3장은 독자에게 가장 흥미로운 부분인 양자 베이지어니즘에 대한 내용으로 슈뢰딩거의 고양이를 QBist 해석에 따라 원자와 고양이에 얽힌 파동함수는 고양이의 살아있음과 죽어 있음을 의미하는 것이 아니고 상자를 열었을 때 그 관측자가 발견하게 될 합리적 기대를 알려 준다는 내용을 담고 EPR의 주장(양자역학은 극소성과 실재론을 동시에 만족 시킬 수 없다)을 반박하기 위한 GHZ의 실험을 매우 쉽고 상세하게 설명하고 있다. 또 아인슈타인, 파인만의 이론도 인용하여 독자들의 이해를 돕는 부분이었다. 4장은 큐비즘에서 배워야 할 의미와 교훈과 양자역학의 발전방향과 향후 일어날 혁명에 대한 기대의 내용을 담고 있다. 마지막 부록에는 현재 양자역학의 주류를 이루는 해석과 본문의 보충 설명과 인용 논문을 수록하고 있어 무료로 인용된 논문들의 내용을 검색해 볼 수 있다.

서적에서 2장부터 4장까지의 내용은 물리학에서 양자역학에 대한 기본 학습을 하고 관심이 있는 독자에게는 어떤 소설보다 매우 재미있고 박진감 넘치는 내용을 담고 있어 가독성이 우수한 부분으로 추천하고 싶다. 이 서적은 양자역학의 다양한 해석 중 가장 최근의 해석인 큐비즘에 대한 설명을 매우 쉽고 간단하게 정리한 서적으로 평하고 싶다. 이 서적을 통해 큐비즘의 해석이 현재 주류를 이루는 다른 해석들과 향후 더 많은 동의와 의견일치가 이루어질 것으로 기대하며 새로운 양자물리학의 밝은 미래를 기대한다.

철학이 과학을 소생시키다.

고등학교 3학년 때였을 것이다. 양자역학에 대해서 배운 것이. 하지만 그 때는 정확히 내가 배운 것이 양자 역학이라는 말이 붙어 있지 않았다. 오비탈 이라는 것 이었는데, 원자 세계로 들어가면 전자의 분포도가 과거 우리가 알고 있었던 직관대로 행성 모델이 아니라, 행성을 감싸고 있는 짙은 구름과 같은 형때로 삥 둘러서 확률로서 전자가 이동한다는 것 이었다. 순간 머리가 멍 해졌다. 그리고 이 직관적이지 않은 상황을 어떻게 이해해야 하는지 나는 헷갈렸고, 직관적인 해석을 요구하는 문제들은 그 뒤부터 멀어졌다.

장면 둘. 나는 대학에 가서 다시한번 양자역학에 대해서 배웠다. 약대를 나오고 화학을 전문적으로 공부한 사람으로부터 일반 화학을 배웠지만 결과는 마찬가지 였다. 그 사람 또한 똑같은 피상적인 이야기만 할 뿐. 나의 무식 혹은 나의 직관은 양자역학이라는 이상한 영역을 언제나 암기로서 겉돌 뿐, 언제나 양자역학이 무엇인지 나무를 쪼게는 벼락과 같은 느낌을 받은 적이 없다. 언제나 답답했꼬, 언제나 암기로서 그 허기를 체울 수밖에 없었다. 물론 그 암기는 다른 텍스트를 받아들이기 시작하면 금세 사라지곤 했다.

왜 이런 어려움을 겪었을까. 이유는 간단하다. 양자역학이 일어나는 공간은 일종의 직관적인 실험이 가능한 공간이 아니다. 대부분의 실험은 우리의 눈을 통해서 관찰된다. 그리고 그 눈을 통한 관찰이라는 것은 ‘광자’라는 것을 통한 관찰이다. 하지만 그 광자 자체가 영향을 실험에 미친다면 우리는 그 실험 결과를 받아들일 수 있을까. 너무 미시세계이기 때문에 시각적 관찰도 어렵지만, 그 안에서 벌어지고 있는 사건들에 대해서 우리는 언제나 중간 과정을 생략한 체 드러나는 결과들로만 관찰하고, 그 통계를 통해서 지금까지 이어져 온 것이다. 그리고 그 중간과정을 볼 수 없었던 우리는 해석을 통해서 미시세계에 대한 지적 허기를 채우곤 했다. 그리고 부족하긴 하지만 해석을 통한 지적 허기는 종종 채워지곤 했다.

자! 지금 그 해석이 달라지려고 한다. 창의력이라는 것은 완전히 새로운 것이 아니다. 기존에 있던 것들을 다시 사용하는 것. 그리고 그 결과에 대한 다른 방향의 시선을 주는 것. 그것이 창의력이다. ＜양자역학의 미래: 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다＞는 우리에게 양자 역학에 대한 본질적인 또 다른 해석의 도구를 통해 양자역학의 이해를 돕는다. 그런데 문제가 하나 있다. 이 책을 보더라도 어려운건 사실이다.

닐스 보어는 양자역학을 생각하면서 머리가 어지럽지 않은 사람은 없다고 했다. 파인만은 이 세상에 (아마도 제대로라는 말을 붙여야겠지만) 양자역학을 제대로 이해하는 사람은 없을 거라고 했다. 그 양자역학에 확률을, 그것도 기존 확률이 아니라 (그렇다고 새로운 확률도 아닌) 낯선 베이지언 확률을 가져다 붙였다. 확률이라면 내가 그 이야기를 알아들을 확률이 0에 가까우니 당연히 양자역학을 이해하지 못할 확률 거의 100%와 결합해 참으로 이상하고도 요상한 독서를 했다. 그렇다고 책이 아주 어려우냐, 그렇지도 않다. 확률로 설명하는 대략 30%쯤만 빼면 쉽기도 하고 흥미롭기도 하다. 간혹 모레라거나 실재와 실제를 혼동하는 자판 입력의 문제가 있고 아주 약간 영어 어순은 이대로인 거 같은데 한글로는 잘 이해가 안 되는데, 라고 고개를 갸우뚱하게 되는 부분이 있어서 그렇지 번역 상태나 저자의 글쓰기 실력은 상당히 만족스럽다. 그리고 새로운 물리라니. 다른 분야에서 새로운 개념이나 관점을 접하면 ‘아, 그렇구나’하는 생각이 들지만 물리학에서는 완벽하게 이해는 하지 못하더라도 무언가 내 머리를 퉁 치는 자극이 있을 때는 ‘어, 오, 우와, 완전 멋짐!’이라는 기분이 든다. ＜큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다＞도 역시 그런 책. 하지만 표지와 앞날개에서 내세운 그 누구도 실체도 모르고 사실 올지 안 올지도 모른다는 4차 산업혁명하고는 그다지 관계는 없어 보인다. 큐비즘은 그냥 큐비즘으로 끝이 나면 좋았을 텐데.

아무튼, ＜큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다＞는 사실 아직 태어난 지 그리 오래 되지도 않았으니 고전이라는 말을 붙이기가 어색한 고전 양자역학을 대략적으로 설명해주는 것으로 시작한다. 그런데 그 설명이 참으로 친절하다. ‘양자’라는 개념 자체는 다른 곳에서 참고하거나 찾아봐야 할 것 같지만. 그래서 네이버를 찾아봤다.

양자란 이런 녀석이다.

“고전역학에서 물리량은 연속적이라고 표시되어 있었으나 전기량 등은 전기소량(素量) e의 정수배로 되어 있다. 이 e와 같이 어떤 종류의 양이 모두 그 정수배로 되어 있을 경우, 이것을 일반적으로 양자라 한다. 방사에너지에 관해서는 1900년 M. Planck가 에너지의 불연속성을 제창하고 양자가설(量子假說)을 제기하면서 이 최소량을 에너지양자라고 불렀다. 작용량의 최소단위로서 작용양자(作用量子)가 고려된 후부터 이것들을 일반적으로 양자라고 부르게 되었다.

[네이버 지식백과] 양자 [quantum, 量子] (원자력용어사전, 2011., 한국원자력산업회의)”

(출처: https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=663851&cid=42434&categoryId=42434)

이때 소량은 “구체적(具體的)인 어떤 종류(種類)의 양의 최소(最小) 단위(單位)”라고 한다. 역시 네이버 사전이다. 그러니까 합쳐보면 양자란, 비연속적인 정수배로 나타나는 단위 물리량이라고 하면 될까? 으악, 문과적 머리 빙글빙글 돌기 시작했다. 하지만 양자라는 개념만 살짝 피해가면 ＜큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다＞에서 설명하는 양자역학은 충분히 이해가 간다. 왜 그렇게 되는가만 생각하지 않는다면 입장/파동 이중설도 슈뢰딩거의 고양이도, 이중슬릿 실험도 모두 그러한 것이 있다더라, 그러니 내 상식으로 채택하겠노라, 하는 입장을 충분히 견지할 수 있다.

하지만 확률은 이야기가 다르다. 빈도확률이건 베이지언 확률이건(왜 베이즈 확률이라고 하지 않는 걸까?) 확률은 다시 두 눈을 부릅뜨고 여러 번 읽어봐야 한다. 빨리 그런 시간이 날 수 있기를 간절히 바라지만 1차 독서에서는 실패했다. 그러니가 16장부터 19장까지는 좀 더 고민하면서 다시 들여다봐야 한다. 해야 할 숙제가 생겼다는 걸 기뻐하기를!(나한테 하는 말이다.)

그래도 큐비즘이 제시하는 새로운 세계관은 마음에 든다. 어떤 행위자가 개인의 경험 내용에 대한 신뢰도를 조직화할 수 있게 만드는 것이 목표의 전부라니. 특정 개인의 경험에서 보편을 찾으려고 노력하려는 시도라니. 말들이 참으로 근사하지 않은가? 173쪽에 “큐비즘은 사물들이 자연의 법칙을 따르기 때문에 그들이 그렇게 행동하는 것이 아니라 사물이 그들이 하는 방식대로 움직이기에 자연의 법칙이 발명되었음을 의미”한다는 문장에서는 멋진 책을 읽는다는 독자로서의 희열도 느껴졌다. 이제 큐비즘은 처음 알았다. 이 책을 시작으로 분명히 계속해서 알아나가야 하는 과제가 생겼다. 행복하다. 기쁘다. 독서는 이런 맛에 하는 거다!

처음 슈뢰딩거의 고양이에 대한 이야기를 처음 접한 것은 20세기 최고의 물리학자 닐스 보어와 베르너 하이젠베르그를 둘러싼 미스터리한 사건을 소재로 한 연극 ＜코펜하겐＞을 통해서다. 
고양이? 고양이가 물리학과 무슨 연관이 있길래 저렇게 열변을 토할까? 글을 보면서 어떤 이론인지 궁금해졌다. 

양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험인 '슈뢰딩거의 고양이'는 독가스와 연결된 밀폐된 상자에 있는 고양이는 관찰자가 직접 보기 전까지는 죽었는지. 살았는지 알 수 없는 상태를 통해 양자역학에 대한 설명을 풀어낸다. 상자를 열어보기 전까지는 고양이는 죽은 상태와 살아있는 상태. 모두 다 가능하다는 아이러니한 상황. 알듯 모를 듯한 명제다. 

원인이 있어야 결과가 있다는 것은 물리학이 기본전제인데(때문에 이론적으로는 타임머신을 만들 수 있지만 미래로는 떠나도 과거로는 떠나지 못한다고 하지 않은가), 원인은 있지만 상태에 따라 두 가지 결과가 존재할 수 있다! 물리학에 대한 지식이 많지 않다하더라고 무척 흥미로운 실험이다.
왜냐하면 가장 기본전제에 대한 물음을 직접 실험으로 옮겼기 때문이다. 앞서 언급한 연극을 보면서 흥미가 생긴것도 바로 그런 도전정신때문이다.

책은 22가지의 물리학 이론들을 양자역학, 확률, 양자 베이지어니즘, 뷰비스트의 세계관에 맞춰 비교적 쉽고 알아듣기 쉽게 알려준다. 1장에서는 양자역학의 기본적인 내용들을 알려주고 2장에서는 큐비즘의 의 기본계념과 발전과정을. 3장 양자 베이지어니즘에서는 슈되딩거의 고양이 실험을 통한 양자역학에 대한 이해를, 4장에서는 큐비즘이 어떤 의미를 가지고 어떤 식으로 발전할 수 있는지 미래에 대한 이야기를 들려준다. 

과학자가 아니기 때문에 일상에서 물리학의 원리를 느끼는 경우가 많지 않다. 하지만 한번 과학 이론을 배우고 나면 일상에 녹아든 과학 이론들이 많다는 것에 깜짝 놀라곤 하는데. 과학 교과서에서나 보던 양자역학을 과학자의 설명을 통해 배우고 나니. 완벽하게 이해를 할 수는 없지만. 일상을 더 호기심있게 바라보는 계기가 된다. 무엇보다 당연한 것을 당연하게 바라보지 않는 자세. 이론보다 그 자세에 대해 배우는 것만으로도 충분히 가치가 있는 책이다. 

이 책은 양자 역학 이론과 현상을 소개하고 이에 대한 해석 이론인 큐비즘(QBism)에 대해 서술한 책이다.

책의 구성은 양자물리학적인 이론과 현상에 대한 일반적인 설명과 함께 양자 물리학 이론들이 개발되는 과정을 연구자들의 연구활동과 함께 담고 있다.

책의 내용은 양자역학과 관련된 주요 이론과 현상들을 소개하고 양자역학적 현상을 이해하기 위한 확률론적 해석 기법인 큐비즘과 큐비즘이 주는 세계관에 대해 기술하고 있다.

우선, 양자역학이 탄생하기까지 19세기말과 20세기초까지 빛의 입자설과 파동설을 둘러싼 물리학자들의 논란과 연구 활동들이 소개된다: 막스 플랑크의 에너지 복사 곡선 모델과 에너지-진동수 방정식; 아인슈타인의 광양자설에 입각한 광전효과 모델; 토마스 영의 광파 중첩 실험; 에너지와 진동수 관계를 묘사한 플랑크-아인슈타인 방정식; 에르빈 슈뢰딩거의 파동함수 방정식; 아인슈타인의 빛의 성질에 관한 특수 상대성 이론과 중력 작용에 관한 일반 상대성 이론; 베르너 하이젠베르크의 불확정성의 원리와 관찰자 효과; 전자의 특성을 묘사한 양자 시스템인 큐비트(qubit)와 큐비트의 파동 방정식.

양자 역학의 파동 방정식이 나타내는 의미를 해석하기 위해 실험 관측 값에 대한 통계의 사용과 확률 공식의 도입의 유용성을 기술한다. 21세기 이후에 등장한 양자역학의 새로운 해석이론으로 베이즈 확률 해석을 적용한 규비즘을 소개한다.

큐비즘의 효용성은 양자 역학에서 파동함수의 붕괴 현상에 대해 대안적인 해석을 담당하는 것에서 나타난다: 확률 값의 갱신으로 파동함수의 결과 값이 이루어지는 것으로 전자의 파동 함수가 고정되지 않다는 양자 역학의 현상을 설명할 수 있다.

특히, 슈뢰딩거가 개발한 양자역학에 대한 비판으로 제시된 이른바 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 문제에 대한 해석을 큐비즘이 근본적으로 변화시킨다: 상자 안에 들어 있는 고양이의 상태를 일반적인 빈도확률론이 결정하는 오류를 저지르지 않고, 큐비즘은 상자를 열고 난 이후에 발견하게 되는 고양이의 상태에 대한 기대값을 기술하는 역할을 한다.

참고로, ‘슈뢰딩거의 고양이’ 문제는, 상자 안에 고양이 한 마리와 독가스가 든 유리병에 연결된 방사능 장치가 함께 들어 있는 상황을 가정했을 때, 만약 방사능 물질의 반감기가 지난 시점에 과연 고양이의 상태는 무엇이냐는 질문이다. 즉, 방사능 붕괴 확률이 50%이기 때문에 고양이가 살아 있을 확률이 50%라서 고양이의 상태가 살아 있음과 죽어 있음이 혼합되어 있다는 양자 역학의 파동방정식의 역설을 비판한 것이다.

마지막으로, 저자가 생각하는 큐비즘이 가지는 세계관에 대해 기술하고 있다: 큐비즘은 베이지어니즘이라는 선험적 확률론에 영향을 받기 때문에, 절대적이고 객관적인 자연 세계의 현상을 묘사하는 것이 아니라, 인간이 경험하는 주관적인 세계를 나타내는 것으로 볼 수 있다는 것이다. 저자는 큐비즘이 ‘새로운 과학적 진리’의 역할을 할 것으로 낙관한다.

이 책은 ‘양자물리학’에 관한 복잡하고 어려운 이론과 현상들에 대해 가능한 한 쉽게 해설하고 있다: 당시 이론들을 연구하던 물리학자들의 연구 과정과 연구 결과에 대한 학계에 대한 반응과 수용 과정까지 그리고 있어서, 딱딱한 이론들이 주는 지루함을 줄일 수 있다. 예를 들면, 양자역학이 탄생할 수 있는 이론적 기반을 제공했던 아인슈타인은 정작 양자역학을 인정하지 않고 고전물리학을 고수했다는 이야기나 큐비즘의 본질이 결국 심리학과 물리학의 결합이라는 이야기는 흥미로웠다.

여전히 어렵지만 양자역학에 관심이 있다면, 일독을 권한다.