김상욱의 양자 공부

양자 역학 교양서의 결정판.―이해웅(유니스트 교수) 말이 안 되는 것이 웃기고 재미있다. 그래서 양자 역학은 어렵지만 재미있다. 웃음은 양자 역학이다.―김제동(방송인) 양자 시대, 양자 우위를 점하기 위한 양자 공부의 바이블 오는 2018년은 새로운 ‘양자 시대’ 원년이다. 100년 전인 1918년, 물리학자 막스 플랑크(Max Planck)는 가열된 금속의 빛깔(빛의 파장)만으로 온도를 알아내기 위해 만든 최초의 양자 이론으로 노벨상을 받았다. 그리고 현재, 불과 한 세기만에 양자 역학은 용광로를 벗어나 전 세계 전산망과 금융망을 작동시키는 엔진이 되었다. 구글 사는 올해 슈퍼 컴퓨터의 성능에 버금가는 양자 컴퓨터를 구현하겠다고 선언했다. 중국 물리학자 판지엔웨이(潘建伟) 연구팀은 ‘양자굴기(量子倔起)’를 내세운 자국 정부의 막대한 지원을 받아 세계 최초 양자 통신 위성 묵자(墨子) 호를 성공적으로 쏘아 올렸다. 우리나라 또한 4차 산업 혁명의 이론적 기반이자 원천 기술로서 양자 역학의 중요성을 실감하고 있다. ‘양자 우위’를 두고 벌이는 세계 각국 및 초거대 기업들의 새로운 경쟁은 본격적인 양자 시대의 개막을 알리고 있다. 따라서 새로운 사회 구성원들은 그동안 어렵다는 이유로 외면했던 ‘양자 공부’를 당장 시작해야만 하는 시점에 서 있다. 일찍이 이런 시대 변화를 예견했던 고급 과학 독자들은 양자 공부의 바이블을 찾고자 노력했다. 그러나 새로운 패러다임의 수학, 비직관적인 자연 현상, 수많은 이론가들의 모순되는 해석들 위에 세워진 양자 역학을 단 한 권에 담아 낸 교과서를 좀처럼 찾을 수 없어 많은 이들이 아쉬워했다. 양자 시대 원년을 앞두고 (주)사이언스북스에서 펴낸 『김상욱의 양자 공부』는 이런 아쉬움을 한 번에 해결해 줄, 양자 공부의 바이블이다. 원자 세계의 기묘한 현상들을 설명하는 양자 역학의 탄생부터 최전선까지 모든 역사와 20세기 물리학의 ‘제자백가’들이 펼치는 이론과 법칙을 마음껏 만끽할 수 있도록 단 한 권에 담았다. 복잡한 수학을 일상 언어로 풀어 쓰고 중첩, 도약, 얽힘 등 낯선 개념을 비유와 시각 자료를 곁들여 쉽고 정확하게 이해시켜 주는, 양자 공부의 정수를 마침내 발굴해 낸 것이다. EBS 특별기획 「통찰」의 “자연의 예측 가능성 양자 역학”, YTN 사이언스 「양자 역학의 양자택일」, 팟캐스트 「과학하고 앉아 있네」의 “김상욱의 양자 역학 콕 찔러 보기” 등의 방송 강연 활동과 《동아일보》, 《경향신문》 등 주요 일간지에서 양자 역학을 주제로 한 연재 활동을 꾸준히 해 온 대한민국 대표 과학 커뮤니케이터 김상욱 부산 대학교 물리교육과 교수가 나선 만큼, 모든 사람을 위한 양자 역학 사용 설명서라고 할 수 있다. 이 책은 저자가 《과학동아》에서 연재해 과학 독자들의 사랑을 한 몸에 받은 「양자 역학 좀 아는 척!」의 에피소드들을 취합하고 발전시켜 만든 역작이다. 어려운 개념을 정확한 정의와 유머러스한 비유를 통해 차근차근 이해시켜 나가는 방식으로 대중으로부터 압도적 신뢰를 받아 온 저자의 개성을 극적으로 살린 책이다. 또한 흥미와 호기심을 자극하는 가상 드라마 「양자 역학의 하루」를 통해 양자 역학의 진입 장벽을 과감히 허물었다. 100년에 걸친, 이해 불가능한 현상들을 설명하려는 물리학자들의 흥미진진한 이야기를 따라가다 보면 자연스레 양자적 사고 능력을 갖출 수 있다. 새로 추가된 부록 「양자 역학 사용 설명서」와 「양자 세계를 여행하는 히치하이커를 위한 가이드」를 통해 독자들로 하여금 복습과 활용의 기회, 그리고 양자 공부의 확장을 위한 지침을 제공한다. 또한 저명한 일러스트레이터 토끼도둑이 출간 작업에 참여해 매 챕터마다 20세기 초 아르데코풍의 감각적이고 심오한 일러스트들을 선보임으로써 자연스레 독자들을 양자 역학 역사의 현장 속으로 데려간다. 솔베이 회의 기념 사진, 닐스 보어(Niels Bohr)의 작위 문장 및 생전 마지막 칠판 낙서 등 생동감 넘치는 기록들과, 양자 광합성이나 실라르드 정보 엔진 등 낯선 개념들도 효과적으로 전달해 주는 그림들을 추가하면서, 어려운 내용을 독자 편의적으로 탈바꿈시켰다. 김상욱 교수는 카이스트에서 물리학 학사, 석사, 박사 학위를 받았다. 현재 양자 정보학 국내 1인자 이해웅 당시 카이스트 교수의 지도 아래 박사 학위를 받고 현재까지 양자 역학, 정보 물리학을 전문적으로 연구해 60여 편의 SCI 논문을 게재했다. 포항 공과 대학교, 카이스트, 독일 막스 플랑크 연구소, 서울 대학교를 거쳐 현재 부산 대학교 물리교육과 교수로 재직 중이다. 도쿄 대학교, 인스부르크 대학교 방문 교수를 역임했다. 과학 저술 활동은 물론 언론, 방송 등을 통해서도 대중과 활발히 소통하며 ‘철학하는 물리학자’라 불리고 있다. 저자가 JTBC 「김제동의 톡투유」에 패널로 출연해 인연을 맞은 방송인 김제동 역시 양자 역학은 어렵지만 “김상욱 쌤의 이 책은 재미있다.”라고 말한다. 양자 공부에 있어서 대부분의 사람들이 김제동과 다르지 않다. 이 책에서도 저자는 처음부터 끝까지 양자 역학이 어렵다고 솔직 담백하게 말한다. 하지만 동시에 세상에서 가장 정확하고 아름답고 심오한 학문이라는 사실 또한 독자 스스로 깨닫도록 만든다. 난해하지만 이해하게 되는, 비직관적이지만 통찰하게 되는 ‘양자 도약’을 경험해 보기를 바란다. 양자 역학 교양서의 결정판.―이해웅(유니스트 교수) 말이 안 되는 것이 웃기고 재미있다. 그래서 양자 역학은 어렵지만 재미있다. 웃음은 양자 역학이다.―김제동(방송인) 이제 양자 역학을 두껍고 높은 벽 너머가 아니라 내가 만지고 넘겨볼 수 있는 울타리 곁에!―이정모(서울 시립 과학관 관장) 양자 역학의 은하계를 여행하는 히치하이커를 위한 최적의 안내서.―이권우(도서 평론가) 균형감 있게 양자 역학의 세계를 맛볼 수 있는 편식 없는 식탁.―이명현(천문학자) 너희한테는 파인만이 있지? 우리한테는 김상욱이 있다!―강양구(과학 전문 기자) 대한민국 대표 과학 커뮤니케이터 김상욱 교수와 함께하는 감각적이고 유머러스한 양자 공부 한 가지 사실은 분명하다. 세상에서 일어나는 모든 일들을 이해하기 위해서는 그 모든 것을 이루고 있는 원자를 이해해야 한다. 원자의 세계에서 일어나는 현상을 설명하는 과학이 바로 이 책의 주제인 양자 역학이다. 이쯤 되면 양자 역학이 궁금해질 법도 한데.―본문에서 이 책은 크게 두 가지 이야기로 구성되어 있다. 원자 세계의 기묘한 현상을 직면한 닐스 보어, 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein), 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg), 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger) 등 물리학의 ‘어벤저스’가 펼치는 흥미진진한 1부와, 양자 컴퓨터, 양자 생물학 등 무한한 가능성을 가진 양자 역학의 미래를 들려주는 2부가 그것이다. 1부의 시작인 1장 「양자 역학의 하루」는 양자 공부를 막 시작한 독자가 긴장감을 풀 수 있도록 저자가 특별히 만든 가상 드라마이다. 양자 열차, 펠묜 국수, 보손 카페 등 도무지 납득할 수 없는 세계가 펼쳐진다. 하지만 양자 공부를 모두 끝내고 다시 이 드라마를 시청한다면 ‘양자 역학을 좀 아는’ 사람만이 느낄 수 있는 새로운 재미를 발견할 수 있다. 저자가 독자들을 위해 양자 역학 이해의 지표를 마련해 놓은 셈이다. 2장 「양자 역학의 핵심, 양자 중첩」은 양자 역학의 핵심 개념인 ‘중첩’을 설명하며 본격적으로 독자의 머리를 지끈하게 만든다. 현재 양자 컴퓨터의 정보 처리 기본 단위 큐비트(qubit)를 있게 한 핵심 개념이기도 한 만큼 중첩은 양자 공부를 해 나가기 위해 반드시 거쳐야 할 첫 번째 관문이다. 3장 「슈뢰딩거 고양이는 누가 죽였나?」에서는 누구나 상식처럼 여기지만 사실은 잘 모르는 슈뢰딩거 고양이