양자역학의 세계

전파과학사
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수식의 갑옷을 벗은 물리학은 참으로 재미있다 우리의 세계와 반세계가 만나면, 순식간에 모두 빛으로 변한다... 거기에 있는 아름다운 자연법칙이란 무엇인가? 그것은 역설도 모순도 아니었다... 양자역학이 여는 새로운 세계가 여기에 있다. 배려되었고, 또한 높은 수준을 가진 이책은... 이 되는 책이다.
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About the author

가다야마 야수히사 1926년 일본 나가노 현 생 교토대학교 이학부 졸업 막스 플랑크연구소에서 연구 소립자의 통일이론을 연구하였으며, 노벨물리학상을 수상한 유가와 히데끼의 소영역 신이론의 공동연구자, 이학박사 교토대학교 교수 역임
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Additional Information

Publisher
전파과학사
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Published on
Sep 18, 2015
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Pages
308
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ISBN
9788970444550
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Language
Korean
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Genres
Science / General
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원종우
두 권으로 담은 고전역학과 양자역학 핵심강의 양자역학에 대해서는 여러 가지 이론들도 많고, 아직까지 현재 진행형으로 남아 있는 분야이다. 하지만 그 어떤 이론보다 정확한 예측이 가능하기에 고전역학으로 설명하지 못하는 것들 양자역학을 통해 알 수 있다. 일례로, 양자역학이 없으면 도체를 설명할 수 없기 때문에 반도체를 이해할 수 없고, 따라서 지금의 컴퓨터나 스마트폰도 존재할 수 없다. 이해하기 어려울 수 있고 공부하려면 많은 시간이 필요할 수 있는 양자역학이지만, 『과학하고 앉아있네 3: 김상욱의 양자역학 콕 찔러보기』에서는 짧은 시간 안에 양자역학의 핵심 개념을 이해할 수 있도록 쉬운 예시를 들어 설명하고 있다. 이 책은 실제로 고전물리학부터 양자역학까지 대학교 몇 학기 분량의 물리학 강의 내용을 담고 있다. 이해를 돕는 다양한 이미지, 어려운 내용을 보충하여 설명하는 팁박스 등을 통해 물리학이나 양자역학에 대한 사전 이해가 없는 독자들도 두려움을 갖지 않고 재미있고 기묘하고 심오한 양자역학의 세계를 맛볼 수 있을 것이다. 양자역학의 본질적인 이야기를 좀 더 심화해서 다루는 『과학하고 앉아있네 4: 김상욱의 양자역학 더 찔러보기』에서는 양자역학의 가장 어려운 개념인 ‘국소성’과 ‘실재성’, ‘실재한다’라는 양자역학적 의미 등의 이해를 돕고자 영화 『매트릭스』에 등장하는 빨간 알약, 파란 알약으로 설명한다. 그리고 이 빨간 알약과 파란 알약으로 간단한 양자역학 실험을 진행하면서 측정하기 전의 실체는 어떤 것인가에 대해 쉽게 설명한다. 양자역학의 본질을 꿰뚫으면서 김상욱 교수의 철학적인 깊이가 덧붙여진 명쾌하고도 깊이 있는 양자역학 안내서이다.
에른스트 페터 피셔
과학적 인식의 재미를 포착하다 우리는 패러데이의 새장 속에서 오일러의 수를 계산하고, 부모형제의 모습에서 멘델의 법칙을 발견하고, 프로이드의 해석에 의지하여 무의식의 세계를 엿보며 살아간다. 이렇듯 우리 귀에 익숙한 많은 자연과학적 이론과 인식들은 특정한 과학자의 이름과 결합되어 있다. 독일의 과학사가 에른스트 페터 피셔는 우리에게 그 뒤편의 이야기들, 가령 실험실에서 벌어진 실수나 집으로 가는 버스 안에서 꾼 꿈이 어떻게 세계를 바꾼 획기적인 과학적 인식으로 이어질 수 있었는지를 들려준다. 그는 동화가 아니라 과학서도 "옛날 옛적에"로 시작하는 재미있는 이야기가 될 수 있음을 잘 알고 있다. 그러나 과학적 인식에 도달하려는 대중의 노력은 종종 실패하게 마련이다. 관심을 가져보려고 책을 펼쳐도 너무 어렵고 딱딱한 설명에 금방 흥미를 잃게 된다. 자타가 공인하는 교양인들 가운데도 현대 자연과학이 이룬 업적을 거론할 때면 고개를 흔드는 사람이 적지 않다. 영국 작가 C. P. 스노(Snow)도 저서 『두 문화』를 통해 자연과학과 정신과학 사이에 좀처럼 건너기 힘든 심연이 가로놓여 있음을 지적했다. 다행히 요즈음에는 많은 학자들이 현대과학의 세계를 쉽게 이해할 수 있도록 두 영역 사이에 교두보를 놓고자 애쓰는 중이다. 인물로 이해하는 현대 자연과학 이론 에른스트 피셔는 이 두 영역을 중재하는 데 누구보다 성공한 사람이다. 그는『슈뢰딩거의 고양이』에서 독특한 방식으로 ‘다리 놓기’를 선보인다. 여기서 그가 각 분야의 이론과 지식, 연구방법을 설명하는 도구로 선택한 것은 인물이다. 이들은 모두 특정한 물음을 제기하거나 새로운 해법을 제안하여 고유명사를 일반명사로 만들었을 만큼 과학적 인식을 발전시킨 사람들이다. 이 책의 원제가 ‘만델브로트의 나무 위에 앉은 슈뢰딩거의 고양이’라는 것만 봐도 잘 알 수 있다. 즉 피셔는 세기의 과학자들이 자신의 아이디어를 세상에 알리기 위해 선택했던 이미지와 비유들을 설명의 도구로 채용한 것이다. 이를 테면 아인슈타인은 자신의 생각을 입증하기 위해 사고실험을 자주 실시했는데, 『슈뢰딩거의 고양이』 역시 그 같은 사고실험의 제목이다. ‘푸앵카레 추측’, ‘오일러의 수’, ‘힐베르트 호텔’등 이 책에 나오는 다른 개념들도 마찬가지다. 피셔는 또 인문학과 자연과학 분야를 자유롭게 넘나드는 전천후 지식인답게 찰스 스노, 버트란트 러셀, 장 뷔리당 등 자연과학과 인문과학 양쪽에서 재능을 보인 학자들을 자주 등장시킨다. 그래서 철학이나 논리학의 명제들이 과학적 사실과 충돌할 때 어떤 현상이 벌어지는지를 다룬다. 예술과 과학을 연결 짓는 부분도 종종 눈에 띈다. 사실 과학을 과학 자체로만 놓고 보는 것은 위험하기도 하거니와 재미도 없다. 피셔의 말처럼 과학은 우리 문화가 만들어내는 끝없는 이야기이기 때문이다. 케플러의 난제에 도전하다 피셔는 ‘케플러의 난제’라는 제목의 프롤로그를 통해 과학에서 근본적인 혁신이 얼마나 어려운 일인지를 설명한다. 그는 또 아무리 오랜 시간 실험을 해도 올바른―이상적인―해답을 얻을 수 없는 게 과학이라면서, 이 문제를 해결하려면 과학의 발전을 이루어낸 인물들에 관해서 널리 이야기해야 한다고 주장한다. 그런 다음 모두 6개로 이루어진 본문에서 특정한 과학자의 이름이 새로운 인식이나 법칙과 결합된 31가지의 사례를 제시한다. 각 장의 제목은 【원자의 무대 위에서】, 【고전적 수수께끼들】, 【무한과의 만남】, 【생명의 복잡한 규칙】, 【인간의 본성】, 【과학사의 흥미로운 사실들】과 같이 각 장마다 다루고자 하는 학문 영역의 내용을 암시하고 있다. 하지만 그는 동일한 분야에 포함시킬 수 없는 주제들도 기꺼이 언급한다. 주지하다시피 『슈뢰딩거의 고양이』에서 ‘노벨상’으로 끝나는 일련의 소제목들은 특정한 과학자의 이름과 결합된 개념들이다. 하지만 그가 언급한 모든 개념이 일반적으로 사용되는 것은 아니다. ‘슈뢰딩거의 고양이’, ‘하이젠베르크의 불확정성’, ‘패러데이의 새장’, ‘오일러의 수’, ‘멘델의 법칙’, ‘밀그램의 실험’, ‘파블로프의 반사’, ‘뷔리당의 당나귀’ 등은 일반명사처럼 사용된다. 그러나 ‘보어의 말편자’, ‘아인슈타인의 유령’, 뉴턴의 양동이’, ‘다윈 핀치’, ‘프로이트의 모욕’ 등은 피셔가 이 책의 목적에 맞게 이름과 단어를 자의적으로 결합시킨 것들이다. 그는 이처럼 특정한 명제와 그것을 최초로 제기한 인물을 직접 연결시킴으로써 수수께끼 같은 과학의 개념에 대중이 한 발 가까이 다가설 수 있도록 유도한다. 자신이 시작한 이야기가 자연과학에 대한 관심을 불러일으키는 출발점이 되기를 바라면서. 세계를 바꾼 과학적 인식들 소제목에서 드러나는 형식적인 통일성을 차치하고 볼 때, 피셔가 다루는 주제들이 현대과학에서 차지하는 의미와 위상은 천차만별이다. 가령 플랑크의 양자물리학과 리비히의 육수처럼 동등한 차원에서 다루어질 주제라고 보기 어려운 것도 있고, ‘프로이트의 모욕’처럼 저자의 주관이 뚜렷이 드러나는 대목도 있다. 난이도 면에서도 차이가 크다. 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 쓴 글이지만 어떤 부분은 다른 부분보다 이해하기가 훨씬 어렵다. 가령 ‘리비히 육수’나 ‘뢴트겐의 광선’은 ‘맥스웰 방정식’보다 상대적으로 쉽게 이해된다. 물론 일차적인 원인은 주제 자체에 있다. 사실 현대물리학이나 분자생물학의 내용을 도식이나 공식에 익숙지 못한 문외한에게 이해하기 쉽게 설명하기란 한계가 있을 수밖에 없다. 하지만 피셔는 인물로부터 이야기를 끌고나와 현대과학의 인식들을 우리 눈앞에 펼쳐 보이고 접근 가능하게 만드는 데 성공했다. 끊임없는 교차설명을 통해 개별적인 텍스트들을 결합시키고 상이한 내용 사이의 연관성을 만들어냈기 때문이다. 덕분에 독자들은 책을 다 읽고 나서 수많은 개념과 전문용어 그리고 이론적 사고들을 적절한 학문적 맥락 안에 정리할 수 있게 되었다. 그리고 무엇보다도 우리의 세계상이 발전하는 데 개인이 어떻게 기여했는지를 배우게 될 것이다. 가장 중요한 점은 비록 확실한 답을 발견할 수 없더라도 올바른 물음을 던지고 그럼으로써 인식의 새로운 지평을 여는 것이 아닐까?
모헤브 코스탄디
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