양자 물리라는 말만 들어도 최소한 대학교에서 물리학을 전공하고 공부 열심히 한 전문가들과 관련있는 학문이라고 생각하는 분들이 대부분일 것입니다. 하지만, 책의 제목에서처럼 익숙한 일상에도 양자 물리가 함께 하고 있다는 것을 생각해 본 사람은 거의 없을 것입니다. 이 책에서는 고등학교 수준의 지식을 다루고 있으며, 책을 대충 훑어 보아도 수식 하나 보이지 않을 만큼 일반인에게 재미있게 이야기로 설명하고 있습니다.

책에서는 열 한 개의 일상을 통해 양자 물리를 만나고 있습니다. 막스 플랑크가 전기레인지나 토스터의 발열체가 내보내는 붉은빛을 설명하기 위해 사용한 ‘양자’가 물리와 일상에서는 어떻게 만나고 있는지를 알 수 있을 것입니다. 먼저 더 쪼개지지 않는 12개의 기본 입자는 6개의 쿼크 부류와 전자, 뮤온, 타우, 전자 중성미자, 뮤온 중성미자 타우 중성미자의 렙톤 부류가 있다고 합니다. 또, 네 가지 기본 상호작용에는 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이 있다고 합니다. 태양은 네 가지 기본 상호작용이 각자 맡은 역할을 수행해야 빛을 낼 수 있다고 합니다. 책에서는 기본 상호작용 네 가지에 대해서 별도로 상세히 설명도 하고 있습니다. 태양에서 나오는 빛이 아닌 뜨거운 물체에서 나오는 빛은 오로지 물체의 온도에 따라서만 색이 바뀐다고 합니다. 물체가 어떤 물질로 구성되어 있던, 열을 가하는 방식이 다르던 상관 없다고 합니다. 이러한 빛과 관련하여 파동과 색, 열과 에너지, 자외선 파탄, 양자 가설의 이야기를 만날 수 있습니다.

알람 시계가 지금까지 기계적 장치에서 정해진 알람 시간이 되면 소리를 내는 단순한 원리라고만 생각했습니다. 하지만 물리적 물체의 운동을 토대로 한 기계 시게는 본질적으로 제조 과정에서 조금만 달라져도 오차가 발생하는 불안정성을 가지고 있습니다. 이상적인 시계는 물리적으로 움직이는 부품이 없는 시계이고 빛의 파동인 전기장 운동에 따른 변화하기 불가능한 진동수를 이용한 것이라고 합니다. 이러한 진동수를 알기 위한 문제의 답은 빛과 원자의 상호작용에서 발견하였다고 합니다. 이 부분에서 양자 모형이나 스펙트럼 등 어렵지만 이해하면 도움이 되는 이야기들을 많이 만날 수 있습니다. 또한 마이크로 분광학 실험은 레이저 배갈의 첫 발판이 되었다고 합니다. 복사의 유도 방출에 의한 마이크로파 증폭이라는 메이저, 복사의 유도 방출에 의한 빛 증폭이라는 레이저 등의 원리에 대해서도 만날 수 있습니다.

과학시간에 만났던 물리 이야기는 공식부터 나와서 그 원리와 왜 이 공식이 만들어졌는지도 모르면서 계산을 하였기에 재미가 없었던 것 같습니다. 하지만, ‘익숙한 일상의 낯선 양자 물리’에서는 실험이든 우연이든 어떠한 과정에 의해서 현재의 일상에서 만나고 있는 양자 물리 현상들이 밝혀졌는지 이야기를 통해 알 수 있었습니다. 역시 아무리 어려운 이론이나 공식도 결국은 사람이 궁금해 하는 것에서 출발했다는 것을 알 수 있었으며. 양자 물리의 복잡한 계산은 모르겠지만, 그 원리가 어디에서 시작되었는지는 알 수 있었던 즐거운 시간이었습니다. ^^

  ‘양자, 양자역학, 양자물리’ 어디에선가 한 번쯤은 들어봤음직한 용어이다. 평소 과학책을 즐겨 읽는 나로서는 양자역학에 대한 호기심과 그것을 꼭 이해해보고야 말겠다는 오기가 생겼다. 그러나 양자 역학을 이해하려고 할 때마다 번번이 어려운 수식과 복잡한 설명 앞에서 포기한 적이 한 두 번이 아니다. 그럴 때마다 “이 세상에 양자 물리학을 이해하는 사람은 없다”고 단언한 리처드 파인만, “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”라며 양자론의 불합리성을 지적한 아인슈타인에 위안 삼으며 양자물리 이해하기라는 개인적 목표는 뒷맛이 개운치 않게 미뤄지곤 했다.

  그러나 ‘현대 물리학을 이해하려면 양자역학을 꼭 알아야 한다.’라는 당위가 귓가에 맴도는 것은 어쩔 수 없었다. 그래서 심기일전하여 양자물리학 이해하기라는 과제에 재도전하기로 하고 관련 도서들을 찾아보는 중에 발견한 책이 바로 이 책, 채드 오젤의 ＜＜익숙한 일상의 낯선 양자 물리＞＞이다. 이 책이 매력적으로 다가온 이유는 두 가지였다. 우선, 디지털 사진, 알람 시계, 인터넷 같이 평범한 일상과 양자 현상은 서로 관련되어 있으며 이를 양자론으로 설명한다는 것이며, 뿐만 아니라 수식도 거의 사용하지 않고 양자물리학을 쉽게 설명하고 있다는 것이었다. 이번에는 성공할 수 있을까 

  읽으면서 제일 먼저 든 생각은 저자가 매우 친절하다는 것이다. 물리, 입자물리, 양자론의 기초부터 차근차근 설명해주어 이를 배경지식 삼아 조금 더 어려운 부분도 이해할 수 있게 해놓았을뿐 아니라, 불필요한 전문적인 내용(예컨대 수많은 입자들)은 과감하게 생략한 것도 마음에 들었다. 예컨대, 일출에서 볼 수 있는 태양에서 작동하는 기본 상호 작용인 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력에 대한 친절하고 간결한 설명은 뒷내용을 이해하는데 훌륭한 배경지식이 되어주었으며, 뒷내용을 기대하게 만들어 결국 끝까지 읽을 수 있었다.

  이 책은 소위 말랑말랑한 책은 아니다. 양자론을 논하는 책이니 생각해보면 당연한 것이지 싶다. 플랑크의 양자 가설, 아인슈타인의 광전 효과, 원자 구조(그리고 그 발견의 역사), 베타원리, 불확정성 등 양자론과 관련된 핵심 이론들을 친절하게 설명하고 있다. 뿐만 아니라 수식보다 그래프와 그림들이 많아서 이해에 큰 도움이 되었다. 물론 이 책 한권으로 양자론에 대해 충분히 이해할 수는 없었으며, 이해하기 쉽지 않은 부분도 있었다. 그러나 양자론과 관련된 대략적인 윤곽은 그릴 수 있었고, 앞으로의 관련 독서 중간 중간에 참고 도서로 활용할 수 있을 듯하다.

  개인적으로 이 책을 과학에 관심 있는 성인들 모두 읽어볼 수 있지 않을까 싶다. 조금 어려울 수 있으나, 포기하지 않고 저자의 안내를 차근차근 따라간다면 양자론에 대해 많은 것을 알 수 있을 것이다. 일독을 권한다. 

알람 시계가 울리면 해가 뜬 풍경을 보며 부엌으로 향한다.

모락모락 김이 피어나는 커피는 그윽한 향을 풍긴다.

여느 때와 다름없는 일상처럼 보인다.

이 문장에서 양자 물리학을 떠올릴 수 있는 사람이 있다면

그 사람은 아마도 양자 물리학을 배운 사람이거나

양자 물리학 관련 일을 하는 사람이 아닐까? ㅎㅎ

전형적인 문과생인데다가

과학에는 정말 관심이 없었던 내게는 너무나 일상적인 저 문장 안에

양자 물리 현상이 담겨 있다는 것부터가 놀라운 일이었어요.

양자 물리의 세계는 동떨어져 있는 것이 아니라

우리 일상 생활과 굉장히 밀접하고

내가 지금 하고 있는  일들이 바로 양자 물리와 관계된 일이라는 사실!!

이 책은 저처럼 과알못에게도 양자 물리의 원리를 알 수 있도록

하루의 일과를 나열하면서 그 안에 담긴 양자 물리의 개념을 설명해준답니다.

전공자가 아니어도, 과학에 이제껏 관심이 없던 사람이라도

나의 일상이 과학과 이미 함께 하고 있음을 알게 되면

조금은 가벼운 마음으로 과학을 대할  기분이 생기는 것 같아요 ㅎ

당연하게 여겨지던 가장 단순한 일상에 숨겨진 신비로움과 놀라움을 통해

우리의 일상을 흥미롭게 만들고

인류 문명의 가장 위대한 지적 성과 중 하나인 양자 물리학이

우리 일상에 녹아 있음을 알게 해주죠.




 

나를 깨우는 아침 햇살, 알람 시계,

부엌에 있는 연기 감지기와 전자레인지,

하다못해 냉장고에 붙어있는 자석까지 양자 현상과 관련이 있고

내가 즐기는 음식, 커피의 향기,

sns 소식까지도 양자 물리와 관련이 있다는 사실~

순수 과학에 대한 호기심에서 시작해서

더 많은 사람들이 현대 물리학을 쉽게 이해하고

더 많은 지식에 갈증을 느꼈으면 좋겠다는

저자의 말처럼 이 책을 읽고 나면

나의 일상에 함께하는 과학을 더 깊이 알고 싶어질거에요. 



 

쉽게 만나는 양자 물리. 이 책을 만나기전 까지는 양자 물리는 내 일상과는 전혀 관계가 없다고 생각했습니다. 그러나 관계가 있다니 그것도 조금도 아니고 아주 많이 관계가 있다는데 놀랐습니다. 이 책의 표지를 보면 여러가지가 나오는데 이 모든 것이 양자 물리와 관계가 있다고 합니다. 물론 표지에 나온 것들 이외에도 일상 생활에서 없으면 큰일날 여러가지의 것들이 양자 물리가 없었다면 나오지 못했을거라는 것을 알고 놀라긴 했습니다.

그동안 어렵다는 생각에 쉽게 다가가지 못한 양자 물리. 아침 일상과 같은 평범하기 그지 없는 일상의 모든 것을 조금만 더 가까이 관찰하면 놀랍게도 그 본질은 양자 현상이라고 합니다.  그런데 여기서 친근한 이름이 보입니다. 바로 아인슈타인 입니다. 그와 함께 하루를 시작한다면 이라는데, 아인슈타인이 여기에 왜 나왔나 했더니, 아인슈타인은 양자 물리에서 절대 빼놓을 수 없는 인물이라는 것을 알았습니다. 바로 그는 양자 물리학 발전의 주축으로, 모든 양자 물리 이야기의 주역이라고 합니다. 

먼저 일상의 아침을 깨우게 만드는 알람 시계로 부터 이 책은 시작 됩니다.  현대 사회에서 이루어지는 모든 시간 측정은 양자 역학으로 귀결된다고 합니다. 그리고 양자 물리학의 이해 없이는 만들 수 없었다는 인터넷.  빛이 입자라는 파격적인 주장을 한 아인슈타인 덕분에 지금은 누구라도 디지털카메라로 일상을 기록할 수 있게 되었고, 빛을 전혀 다른 관점으로 이해하게 되면서 현대의 삶의 중심이 될 수많은 기술이 탄생할 수 있게 되었다고 합니다.

일요일 오후. 점심때가 지났지만 아직 점심을 먹지 않고 있는데, 이런 나를 자극이라도 하듯이 주방에서 풍겨오는 밥하는 냄새가 식욕을 자극하고 있는 음식 냄새. 이 역시 전혀 알지 못했는데 냄새를 맡는 과정 역시 근본적으로 양자 현상이라고 하니 놀랍긴 하네요. 

전혀 생각지도 못했던,우리의 평범한 일상에 숨어 있는 양자론을 낱낱이 밝히고 우리의 일상을 흥미롭게 만들며, 상상력을 넓히는 새로운 아이디오로 가득한다는 양자 물리와 조금은 친해질 수 있게 해주는 책.

-   출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다

양자물리에 대한 책은 여러 권을 봤는데도 아직도 , 여전히 잘 모르겠다.

물리적인 마인드가 있어야지 이 지구에서 살아가는데 더 합리적으로 살아 갈 수 있는 것 같다.

사람이 협소해지고 작아지려고 하는 뇌가 되려고 할 때도 물리는 우주적인 마인드로 넓혀줘서 넉넉하게 살 수 있게 도와 준다.

빛의 이중성을 보면 이중 슬릿으로 전자총을 쐈는데 빛이 입자인지 파동인지 확실한 예측이 불가능하다고 했는데 전자총을 쏘기전에는 파동이다가 쏘고나니까 입자였다고 했다.

점의 집합이 모이니까 파동이 됐다.

빛은 입자이면서 파동이라는 것이 모순적인데 입자들이 모이니까 파동에서 나타나는 간섭무늬가 나타났다.

전자가 입자라고 해도 모순적이고 파동이라고 해도 모순적이다.

코펜하겐의 해석에서 보면 쏘아진 전자는 간섭무늬를 만들어 낼 수 있으니까 공간적인 확장을 만들어 내고 이중슬릿의 실험에서 두 개의 슬릿을 통과하는 파동 같은 존재이다.

그러니까 전자는 관측하기전에는 확률파동이고 관측하고 나면 입자가  된다.

빛의 이중성에 대해서 슈뢰딩거 방정식도 있는데 다세계해석도 있다.

다세계해석에서는 살아있는 고양이를 보는 관측자와 죽은 고양이를 보는 관측자가 동시에 이 우주에 존재할 수 있다.

그래도 슈뢰딩거 방정식을 쓰는 이유는 과학자들에게 가장 단순하고 편리한 해석이기 때문이다.

소립자의 물리학이 풀리면 이 우주의 비밀도 완전히 풀릴 것 같다.

상대성이론은 항상 공부를 많이 했는데도 아직도 명확하게 규명이 안 된 것 같다.

상대성이론때문에 공간이 휘어지고 중력이 지구가 끌어 당기는 힘이 아니라 휘어진 것때문에 생기는 힘이라고  한다.

상대성이론도 나중에는 결함이 있어서 불확정성의 이론이나 우주의 팽창을 설명하지 못해서 또 다른 이론으로 발전했지만 상대성이론을 알지 못하면 안된다.

아인슈타인은 우주의 팽창을 끝까지 받아 들이지 않고 세상을 떠났지만 상대성이론이나 특수상대성이론이 우주팽창이나 블랙홀을 설명해 줄 수 있다.

상대성이론과 양자역학을 결합한 루프양자중력이 있다는데 그게 뭔지도 궁금했다.

물리는 수학으로 풀어 내기때문에 어렵다는 생각이 많이 드는데 물리를 공부를 하고 있으면 우주와 세상에 대해서 추상적으로 많이 흘러  간다.

고전역학부터 상대성 이론, 양자역학이 세상에 지대한 영향을 끼쳤다.

양자역학은 알고도 혼란스럽지 않다면 그 사람이 양자역학을 제대로 이해하지 못한거라고 보어가 얘기를 했다.

양자역학은 공부를 해도 잘 이해가 안되는데 보어는 그런 사람에게 포기하지 말라고 했다.

양자역학은 눈으로 보이지 않는 미시세계, 즉 전자, 양성자, 중성자 등 원자를 이루는 구성 입자들의 운동을 연구하는 거라고 한다.

양자역학은 원자가 만드는 빛의 스펙트럼을 설명하기 위해 등장했지만, 지금은 다양한 유형의 물질세계를 설명하기 위해 광범위하게 이용되고 있다.

양자역학에서는 물체의 위치와 운동량을 동시에 알 수는 없다고 생각한다고 한다.

아인슈타인은 ‘신은 주사위 놀이를 하지 않는다.’라는 말로 양자역학의 확률적 세계를 비판했다.

입자가 동시에 여러 곳에 있을 수도 있다는 중첩 현상은 양자역학의 핵심 개념중 하나라고 한다.

삼촌이 핵물리학박사라서 만나면 양자물리에 대해서 계속 얘기를 해주는데 알듯알 듯 하면서 모르겠다.

이 책은 구체적인 현상들과 같이 설명을 해주니까 이해력이 올라  간다.

물리학은 19세기에 들어서며 상대성 이론이 나왔고, 양자 현상을 밝혀내기 시작하여 1960년대 쯤 미시 세계와 거시 세계를 대략 이해하게 되었다.

이후 중력과 나머지 상호작용을 통합하려고 노력해 왔고, 물질의 질량, 전하, 스핀의 원인과 상호작용의 근본까지 밝혀내려고 하는 대통일장 이론이 제시되었다.

 거의 30-40년간 화려한 스포트라이트를 받으며 많은 이론 물리학자들이 노력했으나 그 빛을 보지 못하고 2000년 밀레니엄과 함께 물리학 분야 자체가 사그러들었다.

2013년에 물질에 질량을 부여한다는 일명 ‘신의 입자’ 라 불리는 힉스 입자가 발견되었고, 우주의 나머지를 채우고 있다고 생각되는 암흑 물질과 암흑에너지가 힘겹게 물리계를 이끌고 있기는 하지만 20세기에 비할 바가 아니다.

이제 새로운 물리가 나타나야 할 시기이다.

우리나라 기초 과학 수준도 경제만큼이나 높아졌고, 과학 분야의 저서활동, 번역활동 등 인프라도 성숙했으며, 일반인을 위한 과학세미나도 많아졌다.

순수과학은 우리의 가정 기본적인 의문을 해결해주며 자연철학의 관점으로까지 이끈다.

세상은 어디에서 왔을까, 우리는 누구인가, 그리고 어디로 가는가,, 이러한 궁금증을 향한 인간 욕망의 하나가 바로 대통일장 이론이다.

한의 방정식으로 세상을 표현하고자 하는 그런 욕망 자체이다.

양자론은 우리의 직관을 뒤흔든다.

스크린의 좁은 틈을 통과한 알갱이는 전혀 엉뚱한 곳에서 발견되고, 어니스트 러드퍼드는 금박에 쏜 입자가 튕겨 나오는 것을 보고 15인치 포탄을 얇은 종이에 쏘았는데 도로 튕겨 나와 자신을 맞춘 것 같은 충격을 받았다.

입자의 위치와 속도는 동시에 알 수 없다.

불확정적인 입자와 연결된 폭탄이 터지더라도 고양이는 무사하다.

엘리스와 밥은 유령 같은 원격 작용을 통해 빛보다 빠르게 암호를 주고 받는다.

누구보다도 괴로워한 건 역사상 가장 위대한 과학자중 하나로 추앙받는 알베르트 아인슈타인이었다.

그는 자신이 기반을 닦은 양자론의 불합리성을 꼬집기 위해 “신은 주사위 놀이를 하지 않았다”라고 단언했다.

아인슈타인과 에르빈 슈뢰인거를 필두로 한 양자론 반대파와 닐스 보어를 중심으로 한 양자론을 아무런 여과 없이 받아들이면서 데이비드 머민의 말대로 입 다물고 계산에만 몰두했다.

그들 역시 과학자의 기본 자질인 회의주의를 견지하지 못했다는 생각에 밤잠을 설쳤을 지도 모른다.

많은 물리학자와 물리 대중화에 앞장선 여러 사람의 노력 덕분에 이처럼 추상적이고 기이해 보이는 개념이 대중문화로 진입하는 데에 큰 성공을 거두었지만, 한편으로 우리는 그러한 성공의 희생자이기도 하다.

양자물리를 발견한 이야기는 아침을 차려본 사람이라면 누구나 알법한 현상과 기술에서 시작한다.

막스 플랑크가 양자라는 용어를 물리학에 처음 소개하면서 최초로 양자론을 탄생시킨 것은 전자레인지나 토스터의 발열체와 같은 뜨거운 물체가 내보내는 붉은 빛을 설명하기 위해서였다. 양자물리 개념이 처음 적용된 닐스 보어의 수소 원자 모형의 주요 물리적 현상은 우리가 형광등을 켜면 언제라도 관찰할 수 있다.

태양은 모자란 잠을 깨웠다고 벽에다 집어 던질 수 있는 알람시계가 아니다.

해가 뜨지 않으면 하루가 시작되지 않는다는 말이 아니더라도, 태양은 일상 속에서 가장 중요한 소재임에 틀림없다.

태양으로부터 빛을 받지 못하면 지구에 어떤 생명도 살 수 없다.

우리는 태양이 주는 빛과 열 덕분에 살아간다.

양자물리의 핵심 요소 12개의 기본입자와 4개의 기본 상호작용을 소개하는 데도 유용하다.

기본입자란 일반적인 물질을 구성하는 입자이고, 기본작용은 기본입자 사이에서 작용하는 힘을 의미한다.

태양에 대해 본격적으로 물리적 현상은 태양 내부에서 일어나는 일을 통해 설명할 수 있다.

우선 기본 상호작용 중에서도 가장 친숙하고 쉽게 경험할 수 있는 중력부터 알아 봐야 한다.

중력은 우리 일상에서 가장 익숙하고 벗어나기어려운 기본 상호작용이다.

아침에 침대에서 몸을 일으킬 때마다 중력과 싸워야 하고, 우리는 살아가는 동안 늘 중력에 매여 있기 때문에 낙하하는 놀이 기구를 탈 때면 잠시나마 중력에서 벗어나 놀라움뿐 아니라 짜릿함 마저 느낀다.

얼굴의 노화도 중력이 많이 작용한다.

 이처럼 매우 친숙한 중력은 과학역사를 통틀어 가장 많은 연구가 이루어졌다.

물체가 아래로 떨어지는 원리를 사람들이 생각하기 시작한 시기는 인류가 자연의 작용을 연구했다는 최초의 기록이 작성되기 전일 것이다.

 아이작 뉴턴이 젊었을 때 나무에서 떨어지는 사과를 보고 놀라 중력 이론을 세웠다는 전설 때문에 물리학이 뉴턴으로부터 시작 되었다.

뉴턴의 수학의 원리에서 질량을 지닌 두 물체 사이에서 작용하는 인력을 수학적으로 설명하는 만유인력의 법칙을 제시했다.

전자기력은 사실 전자기 상호작용은 정전기나 자석뿐 아니라 일상 어디에서나 존재한다.

우리가 무언가 볼 수 있는 것도 전자기 덕분이다.

강한 상호작용을 이해하려면 물질을 구성하는 중성자가 실제로는 ‘쿼크’라는 입자로 쪼개질 수 있으며 쿼크의 전하는 전자의 전하보다 작다는 사실을 먼저 알아야한다.

 2개의 ‘업’ 쿼크로 이루어진 중성자는 1개의 업 쿼크와 2개의 다운쿼크로 이루어진다.

 전자기력이 원자에 전자들을 가두는 것처럼, 강한 상호작용은 쿼크들을 결합한다.

전자기가 ‘전하’라는 속성을 지나듯이, 강력 상호 작용은 빨강, 초록, 파랑으로 이루어진 ‘색이라는 속성을 지닌다.

약한 상호작용이 대체 ’무슨 일을‘ 하는지는 이해하기가 쉽지 않다.

과학을 전공하지 않은 사람들에게 약한 상호작용을 설명하기가 유난히 어려운 까닭은 다른 상호작용들과 달리 가시적인 힘으로 나타나지 않기 때문이다.

중력의 당기는 힘은 우리가 매일 경험하며, 전하와 자석사이에 작용하는 전자기력은 쉽게 느낄 수 있다.

하지만 자세히 들여다보면 물체의 질량처럼 극히 당연하게 여겨지는 현상에  강한 상호작용처럼 기묘한 물리학원리가 작용한다.

일상의 가장 중요한 동반자인 태양은 온갖 쿼크와 렙톤에 작용하는 네 가지 기본 상호작용이 모두 있어야만 존재한다.

발열체는 주방에서 쓰는 전자렌인지에 주전자를 올려 찻물을 끓인다.

잠결에 엉뚱한 화구에 주전자를 올린 건 아닌지 확인하려고 주전자 밑 발열체가 빨갛게 빛나는지 살핀다.

어느 정도 뜨거워지면 처음에는 붉은 빛을 내다가 점차 노란색으로 변하고 나중에는 하얀색이 된다.

빛의 파동과 색은 양자 모형이 열복사 문제를 어떻게 풀었는지 살펴보기 전에 고전 물리학이 빛과 열, 물질을 어떻게 다루었는지에 관한 약간의 배경 지식이 필요하다.

고전 물리학의 아성을 무너트린 실험 중에서 가장 중요한 첫 번째 개념은 빛의 파동성이었다. 19세기 무렵 영국의 토머스 영의 실험덕분에 빛의 파동성은 맥스웰 방정식이 발표되기 전보다 반세기나 앞서서 알려졌다.

뉴턴의 시대 이래로 물리학자들은 빛을 입자의 흐름으로 여겨야 할지 혼란스러워 했지만, 영의 기발하면서도 간단한 이중 슬릿 실험이 빛의 파동성을 명확하게 입증하여 논쟁에 종지부를 찍었다.

빛을 내려면 열에너지가 필요하고 빛은 열전달에 중요한 역할을 하므로 물리학자들은 자연스럽게 전자기파와 열에너지의 관계에 주목했다.

물리학자들은 표면에 입사된 모든 빛을 반사하지 않고 모조리 흡수하는 이상적인 물체인 ’흑체‘ 개념을 만들었다.

파동이 파장은 마루에서 골로 갔다가 다시 마루로 가는 거리로 정의 된다.

물리학자들은 매끄럽고 연속적인 연산을 불연속적인 단계들로 나눈다.

이제까지 측정된 가장 완벽한 스펙트럼은 우주 배경 복사일 것이다.

우주 전체에 퍼져 있는 우주배경 복사는 스펙트럼에서 전파 진동수 영역에 해당하는 약한 방사 선장이다.

스펙트럼에 관한 자신의 공식들을 양자론에 기대지 않고 기본적인 물리학 원칙으로 규명해주길 바랬다.

하지만 양자론이 나오자 다른 물리학자들은 주저하지 않고 받아들였다.

물리는 알면 알수록 신기하고 그 깊이가 한량없어서 빠져 들수박에 없다.

물리는 솔직히 어렵게만 다가오기도 한다. 이 책은 그러한 물리법칙의 특성을 일상의 익숙함 속에서 찾아내어 설명하고 있다. 일상생활에서 늘 사용하는 가전제품이지만 그 원리에 대해선 무지하다. 안다고 해도 물리적 법칙과는 별개의 지식만 아주 약간 갖고 있는데 이 책을 통해 낯선 양자 물리를 일상의 익숙함 속에서 찾아내어 학습할 수 있는 기회를 가질 수 있었다. ^^

아마 이 책을 신청한 것은 과거의 공부에 대한 아쉬움 때문이 아닐까. 그렇다. 나는 양자 공부를 포기했다. 이유는 간단했다. 첫 번째. 그것은 너무나 어려운 분야였다. 두 번째. 해당 분야를 쉽게 설명해줄 혹은 이해가 되지 않는 부분들을 설명해줄 사람들이 내 주위에는 없었다.

고등학교 3학년 1학기. 나는 양자 영역이라는 것에 대해서 배웠다. 화2시간에 말이다. 선생님은 착한 분이셨다. 적어도 2학년 때 확학을 가르치던 무능하고 가르치지도 못하며 오만에 찬 아저씨는 아니었다. 하지만 고3대 만났던 선생님 또한 그렇게 다르지는 않았다. 오비탈의 문제 즉. 전자 구름의 형성에 대한 정확한 설명을 선생님은 해 주시지 않았다. 단순히 교과서 그리고 부교제에 있는 여러 그림들을 외우고, 문제들을 외우는 방법 뿐. 이럴려고 내가 이과에 들어왔는지, 화학 시간만큼 후회를 한 적이 없었던 것 같다.

이 책 ＜익숙한 일상의 낯선 양자 물리＞를 신청한 이유는 이와 같다. 양자 영역은 우리의 인식과 너무나도 동 떨어져 있는 곳이다. 분명히 우리는 양자의 구성으로 되어 있는데, 우리를 구성하고 있는 양자들은 우리와 똑같은 물리 법칙이 아닌 다른 불리 법칙에 의해 움직인 다는 것이 이해가 가지 않았다. 단순히 달느 수식이 필요하다는 차원을 넘어, 양자 영역이 갖고 있는 인식론적 장벽. 우리가 평소에 경험하던 물리 현상과는 다름에서 오는 거대한 크래바스는 쉽게 메워지지 않았다. 그리고 그와 같은 방식으로 고3이 지나고 대학교 1학년이 지났다. 그 이후로 양자 영역에 대한 공부는 끊겼다. 하지만 뭐랄까. 그래도 돈을 낸 공부들인데, 확실히 알고 싶다는 생각. 그리고 무엇보다 약간 똥을 덜 닦은 찝찝함이 양자 영역과 관련된 다큐 혹은 주변의 문제들과 마주할 때마다 나를 자극했다.

이 책은 우리에게 낯설 수밖에 없는 양자 영역이 이상에서 어떻게 활용되고 있으며, 이러한 사용을 위해 양자의 어떠한 특성이 사용되는지 그리고 그 특성의 원리에 대하여 설명해주는 책이다. 교과서적인 양자에 대한 설명이 아닌, 한층 더 높은 층위에서 양자영역이 얼마나 넓은지에 대하여 위에서 내려다보는 식으로 가르쳐 준다고나 할까. 우리가 어려움을 느끼는 이유는 해당 분야에 대하여 익숙하지 않기 때문에, 매끄럽지 않은 인식으로 인하여 순간순간 부딪치는 어려움의 존재는 무엇인지, 혹은 자신이 배우고 있는 방향이 정확히 맞는지 모를 때 생겨난다. 그런 점에서 이 책은 양자와 우리를 상당히 가깝게 만들어 준다는 면에 있어서 과거의 나에게 타임머신이 있다면 전하고 싶은 책이다.

처음 이 책을 꺼내들었을 때 친구가 말했다.

양자 물리? 이런 걸 왜 읽어?

양자 물리가 뭐 어때서? 학교 다닐 때 이 정도는 다 읽지 않았나 하는 생각이 들었는데 책의 첫 챕터를 펼치자마자 후회가 물밀듯이 밀려왔다. 이 책.. 끝까지 다 읽을 수 있을까? 아니 끝까지 다 읽더라도 제대로 이해할 수 있을까?

양자 물리가 내 삶에서 가장 많이 쓰였을 때는 언제였나. 바로 고등학교 때였다. 나는 이과가 아니어서 과학이라고는 고등학교 1학년 공통과학을 끝으로 이별을 선언했고, 비문학에서 가끔 등장하는 과학 주제문에서나 이따금 양자 역학에 대한 글을 몇 편 읽었을 뿐이다. 그마저도 수능이 끝나고서는 읽을 기회가 없었기 때문에 양자 물리가 등장하는 글을 읽은 것은 정말로 수 년 만이다.

저자가 아무리 쉽게 읽을 수 있도록 글을 썼다고 한 들 이 책은 양자 역학에 대한 개념이 서지 않으면 그저 흰 것은 종이요 검은 것을 글씨일 뿐인 책이다. 양자 역학 없이는 우리가 지금 사용하고 있는 인터넷 등의 첨단 기술도 사용할 수 없을 것이라고 하며 양자 물리와 우리 일상이 어떻게 연관되어 있는지 말하고 있지만 우선은 양자 물리, 그러니까 양자 역학이 어떤 것인지에 대한 개념이 서면 이 책이 조금은 읽기가 수월해지지 않을까 한다.

책에 등장하는 모든 내용들이 양자 역학과 관련되어 있지만 우리가 후각을 통해 냄새를 맡는 것 또한 양자 물리로 설명해 낼 수 있다는 사실.

작은 분자가 콧속의 특수한 후각 수용기와 화학적으로 결합한 후 비강 위에 있는 뉴런과 연결된다. 후각 수용기가 공기 중에 있는 분자와 결합해서 뉴런을 자극해 신호를 보내고, 뇌는 여러 뉴런에서 모은 신호를 처리해 냄새로 인지할 수 있도록 한다.

사실 차 냄새를 맡는 과정이 양자 물리라는 사실 외에는 알아낸 것이 많지 않지만 그 대단한 과학자들조차 이 구조를 명확하게 파악해내지 못했다는 사실에 조금 위안을 받는다.

그래 평생을 공부한 학자들도 설명해내지 못한 사실인데 나라고 별 수 있나.

도입부에 고등학생은 물론 양자물리에 관심이 있는 중학생들이 읽어도 좋을 것이라고 했는데 생각보다 어려워서 조금 자괴감이 들었다. 우리 뇌는 새로운 자극에 반응한다고 했는데 확실히 새로운 자극은 된 것 같다. 그래도 한창 공부할 때는 이런저런 주제의 글을 많이 읽었는데 요즘은 비문학, 특히 과학과는 전혀 관련 없는 일만 해서 이렇게 된 건지..

그렇지만 양자 물리가 우리의 일상생활에서 벌어지는 의외의 현상에서 발견할 수 있다는 사실은, 앞으로 물리를 배워야만 하는 학생들에게는 조금이나마 흥미를 느낄 수 있게 해줄 것이라는 생각이 든다.