수식 없이 만나는 양자역학, 그리고 이론 뒤에 숨은 거장들의 인간적 이야기!

양자컴퓨터 시대가 다가오면서 양자역학에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 양자역학은 여전히 많은 이들에게 어렵고 신비로운 분야로 느껴진다. 이 책은 복잡한 수식 대신 일상적 비유로 양자역학의 핵심 개념을 쉽게 풀어낸다. 특히 양자역학을 탄생시킨 10명의 과학자의 삶과 개인적 고뇌를 깊이 있게 다룬다. 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 슈뢰딩거 등 거장들이 전쟁과 혼란의 시대 속에서 어떻게 혁신적 이론을 만들어냈는지, 그들의 인간적 면모와 과학적 업적이 어떻게 연결되는지 보여준다. 이론의 탄생 배경과 과학자들의 여정을 함께 이해하면 양자물리학이 훨씬 더 생생하게 다가올 것이다.

1. 양자역학을 만든 거장들의 삶과 사상 - 위대한 발견 뒤에 숨겨진 인간적 고뇌와 역경

이 책을 통해 플랑크, 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 디랙, 파인만, 벨, 보즈, 봄 등 양자역학을 탄생시킨 10명의 과학자들을 만난다. 이들은 세계대전, 정치적 탄압, 이데올로기 분쟁이라는 격변의 시대를 살았다. 그럼에도 호기심과 인내로 자연의 비밀을 밝혀냈고, 자신의 발견이 가져올 윤리적 의미와도 씨름했다. 이 책은 방정식 뒤에 가려진 그들의 우정과 갈등, 실패와 결단, 그리고 과학을 넘어선 철학적 고민까지 생생하게 담아낸다.

2. 양자역학의 핵심 원리와 실험들 - 일상의 비유로 이해하는 불확정성 원리부터 양자얽힘까지

입자-파동 이중성, 불확정성 원리, 중첩 현상, 슈뢰딩거의 고양이, 양자얽힘 등 양자역학의 가장 중요한 개념들을 지루한 수식 없이 설명한다. 또한 이중 슬릿 실험, 광전효과 같은 혁신적 실험들이 어떻게 고전물리학의 상식을 뒤집었는지 살펴본다. 빛과 파동, 상대성이론부터 시작해 미시 세계의 신비로운 법칙들을 차근차근 풀어낸다. 이를 통해 게임 캐릭터의 프레임처럼 우리 눈에 보이는 단단한 세계가 사실은 에너지의 끊임없는 출렁임이라는 사실을 깨닫게 된다.

3. 우리 일상을 바꾼 양자물리학 - GPS부터 양자컴퓨터까지, 양자역학이 만든 미래

양자역학은 이론에 그치지 않고 우리 삶 곳곳에 스며들어 있다. GPS 내비게이션, 엑스선, 레이저, 스마트폰, 신용카드, MRI 등 일상에서 사용하는 기술들이 모두 양자물리학 연구의 결과다. 양자 시계 덕분에 위성 간 통신이 정밀해졌고, 양자 암호는 보안의 새 지평을 열었다. 앞으로 양자컴퓨터가 복잡한 계산을 처리하며 또 다른 혁신을 가져올 것이다. 이 책은 양자역학이 어떻게 현대 기술의 토대가 됐고, 미래를 어떻게 바꿔갈지 보여준다.

1. 양자역학 입문자

물리학을 전공하지 않았지만 양자역학에 관심 있는 일반 독자. 복잡한 수식과 전문 지식 없이도 충분히 이해할 수 있도록 구성됐다.

2. 미래 기술을 준비하는 사람들

양자컴퓨터와 양자 암호 등 미래 기술의 작동 원리를 이해하고 싶은 사람들. IT 업계 종사자나 기술 트렌드에 민감한 독자들에게 적합하다.

3. 과학사와 인물에 관심 있는 독자

아인슈타인, 보어, 하이젠베르크 등 과학 거장들의 삶과 사상을 알고 싶은 사람들. 이론 뒤에 숨은 인간적 이야기를 중요하게 다룬다.

4. 호기심 많은 일반인과 학생

우주와 자연의 본질이 궁금한 사람들. 판테온 스페이스 아카데미가 강조했듯이 "가족들이 함께 즐겁게 읽을 만한" 교양서다.

5. 철학적 질문을 좋아하는 사고형 독자

현실의 본질, 관측과 인식의 관계, 인과율 같은 철학적 주제에 관심 있는 독자들에게 흥미로울 것이다.

판테온 스페이스 아카데미(Pantheon Space Academy)

판테온 스페이스 아카데미는 문제와 해답 사이에 다리를 놓는 책을 만든다. 또한, 경력을 쌓고, 사업을 확장하고, 결과를 만들어 낼 지식으로 미래의 지도자이자 혁신가를 성장시킨다.

이들은 과학과 기술 전문가의 도움을 받아 사람들에게 도구와 전략을 제공하고, 많은 돈을 들이거나 몇 주씩 교실에서 수업을 들을 필요 없이 답을 얻을 수 있도록 도와준다. 독자에게 야망을 심어주고, 정보를 제때 전하며, 문제 해결로 가는 길을 안내한다는 신조 아래, 사람들이 단지 꿈이 아니라, 올바른 지식으로 도달할 수 있도록 돕는다.

능력과 활용력을 극대화하고, 소중한 시간을 아끼며, 자신의 분야에 해답을 가져오고 싶은 자기 주도적이고 야심 찬 사람들을 위한 책을 쓰고 있다.

한 권의 책이 사람의 인생을 바꿀 수는 없지만, 두 권이면 충분히 가능하다는 신조 아래, 독자의 도전을 기회로 바꿀 수 있도록 용기를 북돋아 준다.

내가 이 책의 초판(Quantum Physics for Beginners: Introduction to Essential Theories, the Behavior of Matter, and How it's Changing Our Lives)(2022)을 냈을 때 그 반응을 보고 깜짝 놀랐다. 독자들이 나이를 가리지 않고 자신의 생각, 질문, 이론, 발상을 공유했기 때문이다. 그중, 가장 많은 요청은 양자역학을 탄생시킨 거장들을 더 친근하고 자세히 소개해 달라는 것이었다. 특히 그들의 발견 뒤에 놓인 인내와 창의성, 그리고 그러한 연구를 가능하게 한 삶의 배경에 깊은 관심이 모였다.

초판에서 놓친 것은 분명했다. 저 위대한 물리학자들의 인간적 면모, 즉 그들의 투쟁, 업적, 그리고 개인적 여정이 과학적 발견에 어떻게 기여했는지에 대한 설명이 부족했던 것이다. 나는 개인의 시련이 그의 철학과 사고방식에 미치는 영향에 매혹됐다. 고통은 과학자들에게 단순한 환경변수가 아니라 능력을 끝까지 밀어붙여 자연법칙을 새로 규명하게 하는 숨은 동력이었다. 이들의 저력은 오늘 우리에게도 충분한 영감이 된다.

이번 책에서는 양자물리학에 가장 큰 영향을 끼친 과학자 열 명을 선정해 이들의 개인적 삶과 경험에 초점을 맞춘 '과학의 거장들(The Giants of Science)'이란 내용을 PART1에 배치해 그 간극을 메우고자 한다. 이를 통해 독자는 과학이 단지 지식 체계가 아니라 실패, 결단, 재능이 어우러진 인간의 근본적 탐구 과정임을 깨닫게 될 것이다. 그 이론들이 탄생한 개인적 맥락을 이해한다면 독자 여러분은 양자물리학을 보다 깊이 있고 생생하게 이해할 수 있을 것이다.

나는 독자 여러분이 이 책을 읽은 뒤 나와 같은 영감을 얻길 바란다. 거장의 삶을 살펴보면 일정한 패턴을 찾을 수 있다. 과연 이들의 여정 속에서 공통적으로 드러나는 순간이나 연결 고리를 찾을 수 있을까? 그들의 이야기는 연구실을 넘어 더 넓은 세계까지 울림을 전하며, 과학과 인류의 정신에도 깊은 영감을 줄 것이다.

독자 여러분이 1판에서 다뤘던 이론과 실험을 직접 들여다보고 싶다면, 이 책의 PART2부터 읽기를 권한다. 양자물리학의 발견 뒤에 감춰진 인간적인 이야기를 찾아볼 준비가 됐을 때는 PART1으로 돌아와서 양자물리학의 모습을 만들어 낸 개인의 이야기와 연결시키면 된다. 어떤 순서로 읽든, 우주에 대한 우리의 이해를 혁신한 탁월한 사상과 더 깊이 연결되고 새로운 통찰을 얻게 되기를 바란다.

남기환

광주과학기술원과 카이스트를 거쳐 현재 레이저 광 모듈 업체에서 연구원으로 재직 중이다.

최근 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터 기술을 초월해 새로운 패러다임을 만들 것처럼 각광받고 있다. 이에 힘입어 그 작동 원리인 양자역학도 주목받고 있다. 하지만 양자역학은 우리가 일상에서 자연스럽게 관찰하고 깨달을 수 있는 고전역학과 달리, 눈에 보이지 않는 미시 세계와 그 안에 있는 입자들의 비상식적인 움직임을 설명하는 이론이다. 아무리 쉽게 설명해도 누구나 이해하기는 어렵다. 대중적 관심이 커졌지만, 이러한 난해함은 쉽게 줄어들지 않아 양자역학은 여전히 많은 사람에게 신비로운 주장처럼 느껴지곤 한다.

양자역학은 난해한 물리학 이론이라 물리학을 전공하지 않은 독자들이 쉽게 소화하기 어렵다. 그렇지만 양자역학을 발견한 과학자들의 사고방식과 연구 과정을 이해한다면 이 이론을 훨씬 부드럽게 받아들일 수 있을 것이다. 이 책의 강점은 난해한 이론을 일상적 비유로 쉽게 풀어낼 뿐 아니라 과학자들의 생애, 개인적 고뇌 그리고 어려운 조건 속에서도 연구를 계속한 열정까지 함께 담아냈다는 점이다.

양자역학이 발전한 19세기 말에서 20세기 초는 전 세계적으로 혼란의 시대였다. 산업화로 인한 생산력 증대와 함께 국제적 충돌과 전쟁이 격화됐고, 무수한 사람들이 고통받았다. 과학자들도 이 역사적 격변 속에서 예외가 아니었다. 하지만 양자역학은 이러한 거친 폭풍 속에서도 연구를 계속한 학자들에 의해 점진적으로 발전했다. 그들이 마주한 도전은 물리학 문제에 그치지 않았다. 양자역학의 발전은 혁신적이면서도 파괴적이었기에, 자신의 연구가 가져올 세계적 영향을 직시해야 했다.

익숙하지 않은 독자가 추상적인 물리학 이론을 가공되지 않은 수식과 그래프로 곧장 접하면 거부감을 느끼기 쉽다. 그러나 아무리 어려운 이론도 결국은 인간이 세상을 설명하기 위해 만든 이야기다. 적절한 맥락과 인간적 요소를 더하면 훨씬 이해하기 쉬워진다. 이 책에는 그림이 한 장도 없지만 적절한 비유와 설명을 통해 독자의 머릿속에 생생한 이미지를 그려낸다. 끝까지 읽고자 하는 독자의 집중력만 있다면 이 책을 충분히 따라갈 수 있다.

우리는 과학자들이 양자역학을 발견하고 응용해 만든 다양한 전자 장치를 사용하며 편리한 생활을 누리고 있다. 그러나 양자역학이 어떻게 발전했고 그 본질이 무엇인지 구체적으로, 심지어 직관적으로도 제대로 이해하지 못하는 경우가 많다. 독자 여러분이 이 책을 통해 그 본질에 한 발짝 다가설 수 있다면 이를 번역해 소개하는 역자로서 그리고 물리학과 양자역학을 사랑하는 한 명의 과학자로서 보람 있는 작업이었다고 생각한다.