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물리의 정석 솔루션: 양자 역학 편 <0강> 본문

완결된 연재/(完) 물리의 정석 솔루션 : 양자 역학 편

물리의 정석 솔루션: 양자 역학 편 <0강>

Editor! 2018.05.09 14:46

『물리의 정석: 양자 역학 편』이 출간되었습니다. 여러분의 마음속 물리학자를 깨워 줄 단 하나의 양자 역학 강의라고 할 만한 책입니다. 하지만 지속적인 개념 이해와 문제 풀이를 통해 여러분의 신경망을 바꾸지 않는다면 이상하기만 한 양자 역학을 마스터하기는 어렵습니다. 양자 역학은 여러분의 뇌 개조를 바라고 있습니다. 고전 역학적 신경망을 양자 역학적으로 바꾸는 지름길은 책 곳곳에 서스킨드가 숨겨 놓은 연습 문제를 찾아 풀어 보는 거겠죠. (주)사이언스북스 블로그에서 모두 10회에 걸쳐 연재될 『물리의 정석 솔루션: 양자 역학 편』은 여러분의 뇌 개조를 조금 도와드릴 겁니다. 솔루션 본격 연재 전에 레너드 서스킨드의 서문을 싣습니다. 이 책이 다른 보통 양자 역학 책들과도 다르다는 사실을 아실 수 있을 겁니다. 다들 건투를 빕니다!




물리의 정석 솔루션: 양자 역학 편 <0강>

이상하고 아름다운 양자 세계로


많은 면에서 양자 역학의 아버지였던 물리학자 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 그 ‘자식’과 애증의 관계에 있었던 것으로 악명이 높다. 아인슈타인과 닐스 보어(Niels Bohr)의 논쟁은 과학의 역사에서 유명하다. 보어는 양자 역학을 완전히 받아들였고 아인슈타인은 굉장히 회의적이었다. 대부분의 물리학자들은 둘의 논쟁에서 보어가 이겼고 아인슈타인이 졌다고 받아들인다. 나의 느낌을 말하자면, 이런 태도는 아인슈타인의 입장에서 공정하지 못하다. 이런 내 의견을 공유하는 물리학자들의 숫자가 점점 늘어나고 있다고 생각한다.


닐스 보어 ⓒ wikipedia


아인슈타인 ⓒ pixabay


보어와 아인슈타인은 모두 섬세한 사람들이었다. 아인슈타인은 양자 역학이 일관되지 못하다는 점을 보이기 위해 아주 열심히 노력했다. 반면 보어는 언제나 아인슈타인의 주장을 반박할 수 있었다. 그러나 아인슈타인은 최후의 일격에서 아주 심오하고, 아주 반직관적이며, 아주 골치 아픈, 그럼에도 아주 흥미진진한 무언가를 제시했다. 그 결과 21세기가 시작될 무렵에는 이론 물리학자들을 매료시키기에 이르렀다. 아인슈타인의 최후의 위대한 발견에 대한 보어의 유일한 대답은 무시하는 것뿐이었다. 그 위대한 발견은 바로 얽힘(entanglement)이었다.


얽힘은 양자 역학의 핵심 요소로서, 양자 역학이 고전 역학과 대단히 다른 이유는 바로 이 때문이다. 얽힘은 물리적인 세상에서 무엇이 실재적인가에 대해 우리가 이해하고 있는 모든 것을 의문투성이로 만들어 버린다. 보통 우리가 물리계에 대해 갖고 있는 직관은 이렇다. 만약 우리가 어떤 계의 모든 것, 즉 원칙적으로 알 수 있는 모든 것을 알고 있다면, 그 부분에 대한 모든 것도 알고 있는 셈이다. 우리가 자동차의 상태에 대한 완벽한 지식을 갖고 있다면 자동차의 바퀴, 엔진, 변속기는 물론 실내 장식품들을 붙들고 있는 나사못에 대해서까지도 모두 알고 있다. 정비사가 “당신 자동차의 모든 것을 속속들이 다 알고 있지만, 안타깝게도 그 어떤 부품들에 대해서도 제가 할 수 있는 말은 전혀 없습니다.”라고 말한다면 말도 안 되는 소리이다.


아인슈타인이 보어에게 설명했던 양자 역학이 바로 이것이었다. 계의 모든 것을 알 수 있으나 그 개별적인 부분에 대해서는 전혀 알 수가 없다. 하지만 보어는 이 사실을 알아채지 못했다. 몇 세대에 걸친 양자 역학 교재들도 이 점을 무시했다는 말을 보태고 싶다.



양자 역학이 이상하다는 것은 모두가 알고 있다. 그러나 정확하게 어떤 방식으로 이상한지를 말할 수 있는 사람은 극히 드물다고 생각한다. 이 책은 양자 역학에 대한 기술적인 강좌를 담았지만, 대부분의 강좌나 대부분의 교과서와는 다르다. 논리적인 원리에 집중했으며, 그 목표는 말도 안 되게 이상한 양자 논리를 숨기는 것이 아니라 오히려 대명천지의 광명 아래로 끄집어내는 것이다.


상기하자면 이 책은 나의 유튜브 강좌 시리즈 ‘최소한의 이론(Theoretical Minimum)’을 거의 그대로 옮긴 책들 중 하나이다. 공저자인 아트 프리드먼은 이 강좌의 학생이었다. 아트가 그 강좌를 배웠기 때문에 초급자에게 혼란스러울 수도 있는 이슈들에 대단히 민감하다는 것이 이 책의 장점이다. 이 책을 쓰는 동안 우리는 아주 즐거웠다. 그래서 약간의 유머를 곁들여 그 기분을 조금이나마 전달하기 위해 애썼다. 그것을 느끼지 못한다면 그냥 무시하면 된다.


레너드 서스킨드





『물리의 정석 : 양자 역학 편』 [도서정보]


『물리의 정석 : 고전 역학 편』 [도서정보]


『블랙홀 전쟁』 [도서정보]


『우주의 풍경』 [도서정보]

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