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슈뢰딩거의 고양이를 찾아서 : 살아있으면서 죽은 고양이를 이해하기 위한 양자역학의 고전
존 그리빈, 박병철 ㅣ 휴머니스트 ㅣ In Search of Schrodinger's Cat
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2020년 04월 13일
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9791160803204/116080320X
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  • ‘최고의 과학저술가’ 존 그리빈의 대표작 1984년 출간, 최초의 양자역학 대중서이자 여전히 탁월한 양자역학 입문서 ‘양자역학’ 하면 ‘슈뢰딩거의 고양이’를 떠올리는 사람은 많을 것이다. 그럼 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 실험이 무슨 내용인지, 양자역학에서 어떤 상징성을 가지는지 제대로 이해하고 설명할 수 있는 사람은 과연 얼마나 될까? 《슈뢰딩거의 고양이를 찾아서》는 《네이처》, 《스펙테이터》가 선정한 최고의 과학저술가이자, 과학 대중화에 기여한 공로로 미국과학진흥회의 공로상을 수상한 존 그리빈의 대표작으로 1984년에 초판이 출간된 이래로 독자들이 꾸준하게 찾아 읽어온 양자역학의 고전이다. 저자는 이 책에서 ‘슈뢰딩거의 고양이’라는 양자적 실체를 통해 양자 세계가 현실 세계와 어떻게 다른지 보여준다. 양자 세계에서는 우리가 일상적으로 경험하는 ‘물리법칙’이 더는 적용되지 않으며, 모든 사건은 확률에 따라 결정된다. 상자 안의 고양이가 과연 어떤 운명을 맞이하게 될지 존 그리빈의 이야기를 따라가다 보면 ‘살아있으면서 죽은 고양이’가 무엇을 의미하는지, 양자역학의 전통적 해석을 포용하면서 그것을 한 단계 뛰어넘는 새로운 해석에 도달할 수 있다. 그는 무엇보다도 대중에게 ‘양자역학’이 무엇인지 설명하면서 ‘최고의 과학저술가’의 면모를 아낌없이 보여준다. 이 책은 양자역학 입문서로서 적당히 자세하고 적당히 어렵다. 존 그리빈은 모든 것을 설명하려 애쓰지 않고, 우리가 양자역학을 이해하기 위해 딱 필요한 만큼만 알려준다. 생소한 물리학 용어의 장벽을 넘어선다면, 그 뒤로 우리의 상상 너머에 존재하는 '진짜 현실' 즉, 양자 세계가 기다리고 있다. 양자 세계에 숨은 진실은 이 세상 어떤 소설보다 황당하고 신기하다. 오죽하면 물리학자 닐스 보어는 “양자 이론을 접하고도 충격을 받지 않는다면, 그는 내용을 제대로 이해하지 못한 것”이라고 말했을까. 양자역학의 세계는 분명 만만치 않지만 존 그리빈의 탁월한 설명과 적절한 비유를 따라 페이지를 넘기다 보면, 설령 양자역학을 모두 이해하지는 못해도 현대 과학이 이 세상을 바라보는 방식만은 확실하게 알 수 있을 것이다.
  • “한번 펼치면 절대 놓을 수 없다!” _아이작 아시모프 “스티븐 호킹의 《시간의 역사》에 앞서 물리학 대중화를 이끈 최고의 책” _스펙테이터 북클럽 “정교하지만 신비롭고, 시처럼 아름다우면서 소설처럼 흥미진진하다” _《선데이 타임스》 ★★★★★ 양자역학의 태동부터 완성까지, 양자 이론 100년의 역사 ─양자혁명의 문을 연 20세기 천재 물리학자들의 이야기 세상을 지배해온 뉴턴의 고전역학 관점에서는 우주에 존재하는 모든 입자의 위치와 속도를 알고 있으면 그들의 미래 또한 운동법칙을 통해 완벽하게 결정된다. 이는 곧 우주의 미래가 이미 결정되어 있다는 뜻이기도 하다. 뉴턴의 고전역학이 낳은 ‘결정론적 우주관’에 인간의 자유의지나 우연이 끼어들 여지가 없다는 사실을 깨닫게 되면서 과학자들은 20세기 새로운 물리학을 향해 나아가기 시작한다. 1부 〈양자〉는 빛의 파동설과 입자설에 관한 논쟁으로 시작해 원자의 내부 구조, 흑체에서 실마리를 찾아 양자혁명의 도화선에 불을 댕긴 플랑크의 연구와 아인슈타인의 광전효과, 보어의 원자모형을 통해 ‘양자’라는 개념이 정의된 시기의 새로운 발견들과 양자역학을 이해하기 위한 기본 개념들을 다룬다. 2부 〈양자역학〉에서는 빛의 입자설이 받아들여진 후, 드브로이가 물질의 이중성을 최초로 제안하면서 ‘광자와 전자를 포함한 모든 입자는 파동이고, 모든 파동은 입자’라는 사실을 수용한 과학계가 고전물리학과의 결별을 선언한 이후를 이야기한다. 그즈음 엄청난 연구들이 왕성하게 진척되었지만, 1925년의 양자 이론은 다양한 가설과 계산 문제가 마구잡이로 뒤섞인 난감한 상황이었다. 그러나 극도의 혼란을 겪은 후 불과 몇 개월 만에 하이젠베르크의 '실험을 통해 관측 가능한 것만이 물리적 대상이 될 수 있다'는 아이디어와 양자역학 방정식이 고전역학 방정식과 같은 구조임을 알아차린 디랙의 연구를 통해 원자의 움직임을 정확하게 설명할 수 있게 되면서 양자역학이 정통 물리학 이론으로 자리 잡아가는 과정이 담겨 있다. 존 그리빈은 특히 3부 〈양자역학을 넘어서〉에서 하이젠베르크의 불확정성원리는 양자역학의 기본방정식에서 유도되었지만, 물리학자 대부분이 양자역학을 대중에게 소개할 때 불확정성원리에서 이야기를 시작해 사람들이 기본방정식을 배울 기회가 없으며, 불확정성원리를 우주의 근본적인 특성이 아닌 '관측의 한계'로 좁게 이해하는 현상을 안타까워한다. 3부에서는 양자역학의 기본 개념과 법칙이 확립된 후에 역량을 발휘한 '양자역학 2세대'들에 주목한다. 코펜하겐 해석에 대한 공격과 방어를 통해 진전된 논의로 EPR 역설, 벨의 부둥식, 다중세계 해석을 소개하고 있다. 우리는 왜 양자역학을 알아야 하는가? ─과학이 이루어낸 가장 위대한 업적, 모든 과학은 양자역학으로 설명된다! 과학이라는 학문에 많은 관심과 애정을 보이는 사람들도, 유독 양자역학이라는 분야에는 고개를 돌리곤 한다. ‘돌멩이는 위에서 아래로 떨어진다’처럼 당연한 설명을 기대할 수 있는 이론이 아니기 때문일 것이다. 양자적 관점에서는 돌멩이가 ‘아래에서 위로 갑자기 솟아오르는’ 세계도 존재할 수 있다. 현실 세계의 물리법칙으로 가능하지 않다고 생각되는 현상도 그 발생확률이 0이 아니라면 일어날 수 있는 일이다. 단지 그 확률이 지극히 낮기 때문에 우리의 일상에서 마주할 수 없는 것뿐이다. 양자역학이 낯설게 느껴지는 원인은 이처럼 이론으로 예측한 결과가 우리의 상식에서 크게 벗어날 수도 있어서이다. 그래서 양자역학의 세계로 들어가려면 기존의 상식을 모두 잊어버리고 “무엇이건 받아...
  • 감사의 글 들어가는 글 프롤로그: 아무것도 현실적이지 않다 ━1부 양자 1장 빛 파동인가, 입자인가?│파동설의 완벽한 승리 2장 원자 19세기의 원자론│아인슈타인의 원자│전자│이온│X-선│방사능│원자의 내부 3장 빛과 원자 흑체에서 실마리를 찾다│달갑지 않은 혁명│h의 정체는 무엇인가?│아인슈타인, 빛과 양자 4장 보어의 원자 점프하는 전자│드디어 밝혀진 수소 원자의 내부 구조│확률적 요소: 신의 주사위│원자 투시도│ 원자모형으로 우뚝 선 화학 ━2부 양자역학 5장 광자와 전자 빛의 입자│파동-입자 이중성│전자의 파동│과거와의 결별│파울리의 배타원리│다음에 바라볼 곳은 어디인가? 6장 행렬과 파동 헬골란트섬에서 돌파구를 찾다│양자 수학│슈뢰딩거의 이론│과거로 돌아가다│양자조리법 7장 양자로 요리하기 반물질│원자핵의 내부│레이저와 메이저│마이크로 시대│초전도체│생명 ━3부 양자역학을 넘어서 8장 확률과 불확정성 불확정성의 의미│코펜하겐 해석│이중슬릿실험│붕괴되는 파동│상보성 규칙 9장 역설과 확률 상자 속의 시계│EPR 역설│시간 여행│아인슈타인의 시간│세상에 공짜는 ‘있다’│슈뢰딩거의 고양이│참여 우주 10장 벨...
  • 존 그리빈 [저]
  • 영국 케임브리지 대학교에서 천체물리학을 전공하였고, 현재 서섹스 대학교 객원 교수로 재직 중이다. 현대 우주론을 연구할 뿐만 아니라 수십 권의 책을 집필하여 과학의 대중화를 이끈 최고의 과학 저술가로 인정받고 있다. 저서로는 《슈뢰딩거의 고양이를 찾아서》, 《거의 모든 사람을 위한 과학》, 《사람이 알아야 할 모든 것 과학》, 《딥 심플리시티》 등이 있다.
  • 박병철 [저]
  • 연세대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하여 박사 학위를 받았다. 이후 약 30년 동안 대학에서 학생들을 가르치다가 지금은 번역과 저술 활동에 전념하고 있다. 번역한 책으로는 《엘러건트 유니버스》, 《평행우주》, 《페르마의 마지막 정리》, 《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》, 《마음의 미래》, 《힉스, 신의 입자 속으로》, 《뷰티풀 퀘스천》 등 과학 서적 80여 권이 있다. 번역 부문에서 2005년에 한국출판문화상을, 2016년에 미래창조과학부 장관상을 수상했고, 아시아태평양 이론물리학센터(APCTP)에서 주관하는 우수과학도서에 7회 선정되었다. 지은 책으로는 《별이 된 라이카》가 있다.
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