기획·칼럼

세상에서 가장 쉬운 양자역학

[2020 우수과학도서] 퀀텀

2019년에 개봉한 영화 ‘어벤저스: 앤드게임’에서 슈퍼 히어로들이 불리한 전세를 뒤집을 수 있었던 결정적인 계기는 한 마리의 쥐 때문이었다. 좀 더 자세하게 말하면 쥐가 양자 터널이 설치된 자동차에 설치한 버튼을 ‘우연히’ 눌렀기 때문이다. 이 우연한 사건은 예측할 수 없는 양자역학의 세계를 보여주는 단적인 예로 볼 수도 있다.

그런데 양자 세계에는 쥐뿐만 아니라 양자역학의 상징과도 같은 고양이도 등장한다. 양자역학은 몰라도 한 번쯤은 들어본 그 고양이. 바로 슈뢰딩거의 고양이다. 도대체 슈뢰딩거의 고양이가 양자역학과 무슨 관계가 있을까?

이 책을 읽다 보면 중력 등 양자물리학의 해석이 어떻게 변해왔는지를 알 수 있다. ⓒ게티이미지

중력을 발견한 뉴턴, 양자역학의 아버지로 불리는 노벨상 물리학자 닐스 보어, 상대성 이론의 아인슈타인, 슈뢰딩거의 고양이로 유명한 오스트리아의 이론물리학자 에르빈 슈뢰딩거, 2018년 타계한 우주 물리학자 스티브 호킹까지 양자역학에 대한 많은 이야기를 담은 책이 있다. 바로 약자물리학 이론을 만화로 소개하는 ‘퀀텀’이다. 퀀텀은 양자역학과 상대성이론이 세상에서 가장 쉬운 것처럼 느끼게 한다. 또 세계적인 이론 물리학자인 카를로 로벨리와 노벨화학상 수상자인 자크 뒤보셰의 극찬을 받기도 했다.

이 책을 읽다 보면 양자물리학의 해석이 어떻게 변해왔는지를 알 수 있다. 중력이란 무엇인지, 특수상대성이론은 무엇이고 일반상대성이론은 무엇인지, 슈뢰딩거의 유명한 사고 실험과 이중 슬릿 실험, 결잃음, 양자 얽힘 등 도저히 알 수 없을 것만 같았던 양자역학을 쉽고 재미있게 풀어준다. 이 책의 저자인 로랑 셰페르는 스위스 기자다. 과학을 열렬히 좋아하는 그는 이 만화책의 시나리오를 쓰고 그림을 그리면서 과학 대중화 저술가로 첫발을 내디뎠다. 이 책은 과학에 매료된 전직 기자인 작가가 과학 대중화를 위해 각본을 쓰고 그림을 그린 첫 만화책인 만큼 양자역학에 대해 재미있게 이야기 하고 있다.

책 속에서는 살아 있으면서 동시에 죽은 생명체가 존재할까? 라는 질문을 던져 독자들의 호기심을 자극한다. 살아 있으면서 동시에 죽은 말도 안 되는 생명체는 바로 슈뢰딩거의 고양이다. 이 고양이가 유명한 건 양자 움직임에 대한 물리학자들의 해석이 무언가 이상하다는 걸 보여주는 실험이기 때문이다.

슈뢰딩거의 실험과 함께 양자역학의 핵심이 담긴 이중 슬릿 실험도 이상하긴 마찬가지다. 이 실험을 통해 빛은 액체(파동)와 고체(입자) 두 가지 성질을 띠며, 관찰자가 관찰하느냐 안 하느냐에 따라 두 성질을 자유자재로 바꾼다는 사실을 밝혀냈다.

ⓒ한빛비즈

또 책에서는 양자 세계에 따르면, 시간과 물질, 에너지는 우리가 인식하는 그대로 존재하지 않는다고 이야기한다. 우리가 땅을 밟고 걷는 행동도 실은 감각이 우리를 속이는 것이다. 우리 몸을 구성하는 수백억의 원자, 그리고 원자 주위를 도는 전자가 서로를 밀어내기 때문에 우리는 실제로 공중부양을 하고 있다. 그러니 하늘을 날 수도 있고, 벽을 통과할 수도 있다. 이쯤 되면 우리는 마블 속 슈퍼영웅도 될 수 있다.

이 책을 읽고 도대체 무슨 소리를 하는 건지 알 수 없다는 사실을 깨달았다면, 양자역학을 이해한 것이나 다름없다. 지금까지 밝힌 물리법칙, 그리고 일상의 법칙이 통하지 않는 세계, 그것이 바로 양자의 세계이기 때문이다.

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