물리의 정석 : 양자 역학 편

물리의 정석 : 양자 역학 편 ｜ 레너드 서스킨드·아트 프리드먼 ｜ 이종필 옮김

스탠퍼드 천재들이 선택한 진짜 물리 특강

끈 이론의 아버지 레너드 서스킨드의 1000만 뷰 유튜브 명강을 

책으로 묶은 「물리의 정석」 시리즈 2편!

당신의 마음속 물리학자를 깨워 줄 단 하나의 양자 역학 강의

이제 양자 역학은 상식이 되고 있습니다. 최근 수 년 사이 양자 역학을 기초로 한 정보 이론인 양자 정보학이 차세대 정보 이론으로 급부상하면서, 실용적인 목적으로 양자 역학을 공부해 보고자 하는 사람들도 점차 증가하고 있습니다. 한편 양자 역학은 아주 작은 것들을 기술하기 때문에 인간 감각의 범위를 완전히 넘어서며 우리의 직관으로 이해하기 힘든 학문이라는 사실 또한 널리 알려져 있습니다. 때문에 양자 역학을 처음부터 차근차근 정복해 나가는 새로운 수학과 새로운 논리를 갖추지 못한 대중은 ‘진짜’ 양자 역학 공부를 시작하는 일에 주저할 수밖에 없었습니다.

『물리의 정석: 양자 역학 편』은 이러한 상황에 명쾌한 해답을 제시해 줍니다. 이 책은 기존 물리 교과서의 체재를 따르지 않고 현장 연구자들이 사용하는 필수적인 최소한의 개념과 원리, 복잡해 보이는 수식의 핵심을 정확하게 짚어 소개함으로써 ‘물리학의 정석(定石)’을 제시한 바 있는 『물리의 정석: 고전 역학 편』의 후속편입니다. 《월 스트리트 저널》 ‘최고의 책’으로 선정되기도 한 「고전 역학 편」의 설명 방식과 기초 논리를 그대로 따르면서도 양자 세계에만 존재하는 논리들을 덧붙임으로써, 기존 고전 역학과 충돌하지 않으면서도 완전히 새로운 양자 역학을 독자에게 선사합니다. ‘당신의 마음속 물리학자’를 깨워 줄 단 하나의 양자 역학 강의라고 할 수 있습니다.

끈 이론의 창시자에게 직접 듣는 양자 역학의 정석(定石)

스탠퍼드 대학교 물리학과 교수로 재직 중인 레너드 서스킨드는 대통일 이론의 후보로 각광받고 있는 끈 이론의 선구자입니다. 1973년부터 지금까지 스탠퍼드 대학교 교수로 재직하며 양자 광학, 기본 입자 물리학, 응집 물질 물리학, 중력 이론 등 다양한 분야에 공헌했습니다. 특히 얼마 전 서거한 스티븐 호킹의 절친이자 호적수로, 그에 대항해 블랙홀 상보성의 원리와 홀로그래피 이론을 정립한 ‘블랙홀 전쟁’의 주인공이기도 합니다. 1940년 출생으로 79세의 나이에도 불구하고 여전히 첨단 연구와 대중 교육을 주도하고 있는 물리학자로, 작년에도 웜홀, 양자 텔레포테이션, EPR 역설 등을 포괄적으로 연구해 양자 역학과 일반 상대성 이론의 통합 가능성을 제시한 논문 2편을 연이어 발표해 학계를 뜨겁게 달군 바 있습니다.

저자 서스킨드의 말대로 이 책의 목표는 “말도 안 되게 이상한 양자 역학의 논리를 숨기는 것이 아니라 오히려 대명천지의 광명 아래로 끄집어내는 것”입니다. 저자는 양자 역학의 역사 등 대부분의 양자 역학 교양서들이 다루고 있는 부분을 과감히 생략하고 도입부부터 독자의 “직관 회로”를 양자 역학에 알맞게 “재배선”하는 작업에 들어갑니다. 전반부에서는 양자 역학이 고전 역학과 다른 결정적 이유를 설명하면서, 양자 역학을 이해하기 위한 새로운 논리와 도구 들, 즉 스핀, 큐비트, 불확정성 원리, 선형 대수학 등을 다룹니다. 후반부에서는 고전 역학의 탐구 대상이었던 입자와 조화 진동자에 양자 역학의 논리를 대입해 숨겨진 자연 법칙을 찾아냅니다. 책 곳곳에 있는 연습 문제들을 통해 독자들이 직접 수학을 이용해 양자 역학 문제를 풀고 몸소 이해할 있는 기회 또한 제공하고 있습니다. 이 책을 공부하는 동안 우리의 선천적인 ‘물리적 약점’을 극복하고 ‘양자 간극’을 뛰어넘는 독특한 경험을 하게 될 것입니다.

차례

서문 이상하고 아름다운 양자 세계로 7

     물리학에 서툰 우리 모두를 위해 10

프롤로그 15

「양자 역학 편」을 시작하며 19

1강 계와 실험 23

2강 양자 상태 61

3강 양자 역학의 원리 81

4강 시간과 변화 129

5강 불확정성과 시간 의존성 171

6강 계의 결합 195

7강 얽힘 더 알아보기 235

8강 입자와 파동 295

9강 입자 동역학 339

10강 조화 진동자 383

부록 스핀 간단 요약 425

옮긴이의 글 인간 지성의 최종 병기, 양자 역학 433

찾아보기 437

레너드 서스킨드(Leonard Susskind)

뉴욕 시티 칼리지(CCNY) 공학부를 졸업하고 코넬 대학교에서 물리학 박사 학위를 받았다. 1973년부터 현재까지 스탠퍼드 대학교 물리학과 교수로 재직하고 있다.

양자 광학, 기본 입자 물리학, 우주론,  등 이론 물리학의 모든 분야에 공헌했다. 스티븐 호킹에 대항해 블랙홀에 빨려 들어간 정보는 사라지지 않는다고 주장했다. 쿼크 속박 이론, 중입자 생성, 블랙홀 상보성 원리, 홀로그래피 원리 등 현대 물리학계를 뒤흔든 여러 개념들을 발견해 내기도 했다.

미국 국립 과학원(NAS)과 미국 학술원(AAAS) 회원이며, 세계 최고의 이론 물리학 연구 기관 중 하나인 캐나다 페리미터 이론 물리학 연구소의 객원 교수이다. 우리나라 고등 과학원(KIAS)의 석좌 교수로 재직하기도 했다. 저서로 『우주의 풍경』, 『블랙홀 전쟁』, 『물리의 정석: 고전 역학 편』 등이 있다.

아트 프리드먼(Art Friedman)

스탠퍼드 대학교에서 컴퓨터 과학으로 석사 학위를 받았다. 미국 IT 기업 휼렛패커드(HP)에서 15년간 소프트웨어 공학자로 재직했다. 레너드 서스킨드의 스탠퍼드 대학교 평생 교육 프로그램 수강생이다.

옮긴이 이종필

서울 대학교 물리학과를 졸업하고 같은 대학교 대학원에서 입자 물리학으로 석사 및 박사 학위를 받았다. 한국 고등 과학원, 연세 대학교, 고려 대학교 등에서 재직했다. 현재 건국 대학교 상허 교양 대학 교수로 재직 중이다. 저서로는 『물리학 클래식』, 『이종필의 아주 특별한 상대성 이론 강의』, 『빛의 속도로 이해하는 상대성이론』 등이 있고, 번역서로 『최종 이론의 꿈』 , 『블랙홀 전쟁』, 『물리의 정석: 고전 역학 편』, 『스티븐 호킹의 블랙홀』 등이 있다.

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