양자 역학은
‘미시 세계’의 물리학이다

양자 역학은 19세기에 이미 완성된 역학, 전자기학, 열역학 같은 고전 물리학으로는 설명하기 어려웠던 엄청나게 작은 ‘미시 세계’의 물리 현상들의 원인을 파고든 결과 눈에 보이지 않을 만큼 작은 미시 세계의 움직임에 영향을 받는다는 사실을 알게 되면서 탄생했다. 양자 역학은 상대성 이론처럼 우리에게 경험적으로 친숙한 고전 물리학의 규칙이 뒤집히며 도저히 믿기 힘든 결과를 낳는 경우가 많다. 그렇기 때문에 이 세계에서 일어나는 일들을 새로운 관점에서 바라보는 계기가 될 수 있다. 양자 역학의 주요한 4가지 포인트는 다음과 같다.

첫째, 물질은 입자와 파동의 성질을 함께 지니고 있다.
둘째, 관측하기 전까지는 실재를 생각하지 않는다.
셋째, 위치와 속도는 동시에 결정되지 않는다.
넷째, 에너지의 벽을 통과한다.

까다로울 것만 같은 양자의 세계에
한 걸음 더 다가갈 수 있게 도와주는 책

물질의 ‘입자’와 ‘파동’은 누가 보더라도 명백히 다른 상태이다. 그러나 양자 역학이 다루는 미시 세계에서는 어떨 때는 입자가, 어떨 때는 파동의 성질을 보이는 신기한 현상이 관측된다. 이러한 입자와 파동의 두 가지 특징을 지니는 것을 ‘양자’라고 부른다. 또한 양자는 관측하기 전까지는 가능성이 넓게 펼쳐져 있지만, 관측을 시작하면 가능성이 한 점으로 결정되는 ‘비실재성’의 성질도 지니고 있다. 즉 관측이 결과에 영향을 끼치는 것이다. 한편 고전 물리학의 세계와 달리 물질의 위치와 속도가 동시에 결정되는 상태가 될 수 없으며(불확정성), 믿기 힘들지만 입자가 에너지의 벽을 통과하는 현상(터널 효과)도 벌어진다. 한쪽의 상태가 확정되면 다른 쪽의 상태도 확정되는 ‘양자 얽힘’의 관계도 양자의 세계를 설명하는 주요 원리 중 하나다. 이 책에서는 복잡한 수식 없이도 다양한 상황과 그림 등을 이용하여 양자 역학의 원리들을 알기 쉽게 설명하고 있다.

이미 일상에서 이용되고 있는
양자 역학의 원리

쉽게 이해하기 어렵고 믿기 힘든 양자 역학의 이러한 원리들은 의료 분야의 MRI나 제조 분야의 레이저 기술 등에서 이미 이용되고 있다. 0과 1의 가능성이 중첩된 상태인 양자 비트를 이용한 ‘양자 컴퓨터’나 양자 얽힘을 이용한 정보 전달 기술인 ‘양자 전송’ 등이 바로 대표적인 사례이다. 이처럼 우리의 일상생활과 밀접하게 관련이 있지만 여전히 우리는 양자적인 효과를 실감하지 못하고 있다. 이는 거시 세계의 물리 법칙과 미시 세계의 물리 법칙이 어떻게 연결되어 있고 그 경계는 어떻게 이루어져 있는지 아직 밝혀내지 못했기 때문이다. 그렇지만 양자 역학은 우리가 지금 살아가고 있는 세계의 진실에 가장 가까운 것만은 분명하다. 양자 역학의 어려운 개념을 가볍게 정리한 이 책은 양자 역학에 본격적으로 더 깊이 공부하는 계기를 만들어주는 흥미로운 책이 될 것이다.