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    양자컴퓨터의 미래, 불확정성

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    양자컴퓨터의 미래, 불확정성 양자물리학 혁명의 연대기 그리고 과학의 영혼을 찾아서

    • 데이비드 린들리 저
    • 박배식 역
    • 시스테마
    • 2025년 04월 30일
    • 정가
      25,000원
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    ISBN: 9791194090298 352쪽 493g 140 x 210 (㎜)

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    양자역학의 핵심적인 개념의 하나인 불확정성원리는 미시세계에 대한 자연법칙으로, 불확정적인 이론이 아니라 수많은 실험을 통해 옳음이 증명된 확정적 이론이다. 저자는 진지하면서도 흥미롭게 불확정성이 태동하게 된 배경과 과정을 그린다. 불확정성의 원리가 태동할 수밖에 없었던 19세기 여명기부터 이 새로운 물리 원리에 대한 20세기의 격돌을 차근차근 설명해 나간다.

    다른 과학이론들과 달리 양자역학은 여러 천재 과학자들에 의해 20여년 간에 걸쳐 극적으로 완성되었다. 이 책은 양자역학의 혁명적 원리가 발전되는 과정을 과학과 수학에 약한 독자들을 위해 이해하기 쉽게 설명하면서 이 혁명을 둘러싼 인물들의 삶과 사상까지 멋지게 담아낸다.


     


     


    출판사 리뷰

    과학의 확실성의 종말
    20세기 초반 인류의 집합적 세계관에 대변혁을 일으킨 사건과 사건의 주역들에 대한 이야기

    일반인들의 귀에도 낯익은 아인슈타인의 ‘나는 신이 주사위놀이를 한다고 생각하지 않는다’나 ‘슈뢰딩거의 고양이’는 바로 양자역학이라는 물리학 이론과 관련된 것이다. 양자론의 불확정성원리만큼 그 개념이 물리학 바깥 영역에서도 애용되는 과학이론은 없을 것이다. 이는 양자론과 다른 지식 사이에 어떤 공통점, 유사성, 연결성이 보이기 때문이다. 특히 이분법적 틀을 깨고 다변적이고 복합적인 가능성을 제안하는 포스트모더니즘은 불확정성원리의 개념과 연관지어지곤 한다. 라캉이나 데리다의 정신분석학, 철학에서도 불확정성원리는 은유적 호소력을 갖는다. 문학비평, 언론학, 인류학에서도 불확정성의 원리는 애용되고 있다. 불확정성원리를 세운 하이젠베르크 자신도 자서전 『부분과 전체』에서 “불확정성이라는 과학 원리가 인간의 정신과 현실 사이의 관게를 규명하는 데 보다 넓은 조망을제공할 것이다”라고 말했다. 불확정성은 과학의 날카롭고 확고한 객관성과 진실성의 모서리를 부드럽게 하여 과학에의 접근을 이전만큼 어렵지 않게 만들어준 것 같다. 서강대학교소광섭 교수는 『닐스 보어의 상보성 원리』(2005, 면도날)에서 “불확정성원리는 물리현상에만 국한되는 것이 아니라 생명현상과 사회현상에까지 광범위하게 적용될 수 있는 보편적 지혜이며 조직 원리라고 할 수 있다”라고 쓰기도 했다.

    불확정성 원리는 엄밀하게 유도된 수식이다

    양자역학의 핵심적인 개념의 하나인 불확정성원리는 미시세계에 대한 자연법칙으로, 불확정적인 이론이 아니라 수많은 실험을 통해 옳음이 증명된 확정적 이론이다. 레이저, 전자현미경, 트랜지스터, 원자력 등은 모두 양자론으로 가능하게 된 유용한 기술들이다. 불확정성원리는 관념적인 것이 아니라 엄밀하게 유도된 수식이다. 이 수식에 따르면 전자의 속도를 측정하려면 전자의 위치를 확정할 수 없고, 위치를 확정하려면 속도가 불확실해진다. 우리의 측정 기술이 부족해서가 아니라 자연 혹은 입자의 성질이 본래 그렇기 때문이다. 속도와 위치가 확정적이 아니면 전자는 어떤 공간 범위에 퍼져 있다고 생각할 수밖에 없다. 따라서 ‘이것은 여기 있는데 앞으로 어떤 속도로 어디로 갈 것이다’라는 확정적인 말을 할 수 없고 통계확률적 가능성만 말할 수 있다. 정확한 인과율을 따르지 않고 자유롭게 돌아다니는 것 같은 양자체계는 결정론적 고전과학의 철통같은 개념을 깨기 때문에 아인슈타인을 비롯한 당시 과학자들은 당혹해했다. (현대의 물리학자들은 양자역학의 수식이 실험결과와 정확하게 맞고 그것으로 할 수 있는 유용한 일이 무한히 많기 때문에 양자역학의 형이상학적 철학적 의미 같은 데 신경 쓸 시간도 이유도 없다.)

    20세기 혁명적 물리 원리를 둘러싼 과학 천재들의 격돌!

    다른 과학이론들과는 달리 양자역학은 많은 여러 천재 과학자들에 의해 20여년 간에 걸쳐극적으로 완성되었다. 이 책은 양자역학의 혁명적 원리가 발전되는 과정을 과학과 수학에 약한 독자들을 위해 이해하기 쉽게 설명하면서 이 혁명을 둘러싼 인물들의 삶과 사상까지 멋지게 담아낸다. 과학철학, 과학사에 관심이 있는 독자, 양자역학 분야에 대해 알아보려는 독자들에게 이 분야에서 그동안 쓰인 책들 중 가장 적합한 입문서일 것이다.

    하이젠베르크, 고전물리학의 기초를 흔들다!

    1927년, 고전물리학에 아무런 미련도 없었던 젊은 학도 하이젠베르크는 혁명적 과학 원리로 센세이션을 일으킨다. 19세기까지 인류가 의심의 여지가 없다고 믿어왔던 과학을 완전히 뒤집은 것이다. 즉 모든 움직이는 물체는 위치와 속력을 갖는다, 모든 물리 세계는 명백한 원인과 결과에 의해 움직인다, 자연은 기본적으로 정확한 기계로서 알 수 있는 것이며 언젠가는 필연적으로 알려져야 한다, 그리고 이것은 정확하게 숫자를 이용하여 기술할 수 있다, 모든 것을 이해한다면 모든 것을 예측할 수 있다, 과학은 궁극적으로 결정론적이고 변하지 않는다, 라는 기존의 이해를 완전히 뒤집은 것이다. 위치를 보다 더 정확히 알면 알수록 운동량은 그만큼 더 알 수 없게 된다, 원자는 선재하는 원인 없이 자발적으로 움직인다, 자연은 오로지 관측 가능한 것으로만 예측할 수 있으며, 이는 확률과 통계로 표현된다! 이것은 과학이 우리를 둘러싼 물리세계를 정확하게 밝혀줄 것이라는 신념의 뿌리를 송두리째 뽑아버렸다. 하이젠베르크의 신념은 아인슈타인의 심기를 매우 불편하게 했다. 아인슈타인은 주사위 놀이를 하지 않는 하느님을 수시로 언급하며 이 급진적인 하이젠베르크의 새로운 물리 원리를 죽는 순간까지 반대했다. 또한 하이젠베르크의 스승인 보어는 이 원리를 고전물리 용어로 설명하기 위해 분투했는데, 바로 이 때문에 하이젠베르크와의 갈등이 극대화되었다. 하이젠베르크는 어느 세대에도 빚을 지고 있지 않다고 확신하는 자신의 새로운 원리가 고전물리 용어로설명되는 것을 참을 수 없었던 것이다. 불확정성원리를 둘러싼 이들 세 사람의 갈등을 주축
    으로 뭇 과학자들의 시시비비를 가리는 한판이 벌어졌으며, 그것은 현재까지도 마침표를 찍지 못하고 있다.

    나는 차라리 구두 수선공이나 카지노의 일꾼이 되겠다!

    데이비드 린들리는 진지하면서도 흥미롭게 불확정성이 태동하게 된 배경과 과정을 그리고 있다. 불확정성원리가 태동할 수밖에 없었던 19세기 여명기부터 이 새로운 물리 원리에 대한 20세기의 격돌을 차근차근 설명해 나간다. 이 작품의 가장 큰 매력 중 하나는 천재 과학자들의 인간적인 면모를 엿볼 수 있는 에피소드와 생생하게 전달되는 그들이 남긴 말들이다. 이와 함께 불확정성원리를 둘러싼 과학자들의 갈등이 어우러져, 과학에 문외한인 사람조차 마지막까지 책에서 벗어날 수 없게 된다. 예를 들어 아인슈타인은 새로운 이론이 이런 방향으로 나아간다면 “나는 차라리 구두 수선공이나 카지노의 일꾼이 되겠다”라고까지 말했는데, 도대체 이 새로운 이론이 무엇이기에 아인슈타인 같은 대가가 그토록 번뇌했는지 궁금하지 않을 수 없다.

    과학의 문외한도 재미있게 읽을 수 있는 양자역학 입문서

    고전 질서를 와해하는 데 일말의 주저함도 없을 만큼 급진적인 하이젠베르크, 한때 자신도 시간과 공간의 개념을 완전히 뒤엎은 과학 혁명가였던, 그러나 이제는 고전 질서를 지키기 위한 노익장이 되어버린 아인슈타인, 고전 질서와 새로운 질서 사이에 가교를 놓으려고 철학적으로 부심하는 보어. 불확정성원리를 둘러싼 이 세 사람의 갈등 이야기는 너무도 잘 알려져 소설, 과학서, 연극 등 다양한 장르를 통하여 다루어져 왔다. 하지만 데이비드 린들리는 이 모든 장르의 작품들의 장점을 한 권의 책에 갖추었다. 따라서 물리학자 및 물리학 입문자는 물론이거니와 과학에 완전한 문외한인 사람도 즐거운 마음으로 주저 없이 책을 펼쳐보라고 말하고 싶다. 물리학에 들어선 사람들은 과학자로서 나아가야 할 길을 다시 한번 생각해 보게 될 것이며, 과학에 문외한인 사람들도 과학 자체에 대해 새롭게 관심을 갖게 되는 좋은 계기가 될 것이다.


     



    저자 소개

    데이비드 린들리

    서식스 대학교에서 천체물리학 박사 학위를 받았으며 케임브리지 대학교와 시카고 페르미 국립가속연구소에서 이론천문물리학자로 연구하다가 글을 쓰기 시작했다. 《네이처》 《사이언스》 《사이언스 뉴스》의 편집자로 활동했으며 《워싱턴 포스트》 《뉴욕 타임스》 《계간 윌슨》 《뉴 사이언티스트》 《런던 서평London Review of Books》에 글을 게재하기도 했다. 아이라플래토가 진행하는 라디오 프로그램 ‘과학 같은 것Sounds Like Science’의 퀴즈 파트의 장기 출제자 역할도 했다. 린들리는 물리학에 대한 해박한 지식뿐만 아니라 일반인도 이해할 수 있는 재치와 이해를 보여주는 재미있는 과학 글을 쓰는 것으로 유명하다. 그의 책 대부분은 과학자의 전기나 과학자들 사이의 의견 불일치에 대한 역사적 설명을 통해 과학 이론을 설명한다. 린들리는 입자물리학이 실험을 통해서가 아니라 우아함과 아름다움과 같은 주관적인 기준에 의해서만 검증될 수 있기 때문에 미학의 한 분야가 될 위험이 있다고 주장하기도 했다.

    현재 미국 버지니아주 알렉산드리아에서 살고 있으며, 저서로 『물리학의 종말The End of Physics』 『켈빈 온도Degrees Kelvin』 『볼츠만의 원자Boltzmann’s Atom』 『꿈의 우주The Dream Universe』 등이 있다.

    역자 소개

    박배식

    서울대학교 물리학과를 졸업하고, 메릴랜드 대학교에서 카오스 이론으로 박사 학위를 받았으며, 현재 수원대학교 물리학과 교수로 재직 중이다. 저서로 『쉽게 풀어쓴 카오스』 옮긴 책으로 『아원자 입자의 발견』 『하느님은 주사위 놀이를 하는가?』 등이 있다.

    목차

    ★ 머리말
    1 흥분한 입자들
    2 엔트로피는 최댓값을 향해 끝없이 증가한다
    3 불가사의이자 경악의 대상
    4 전자가 어떻게 결정을 내릴까?
    5 전대미문의 뻔뻔함
    6 무식이 성공을 보증하지는 않는다
    7 어떻게 행복할 수 있겠는가?
    8 차라리 구두 수선공이 되겠다
    9 굉장한 일이 일어났다
    10 고전 체계의 정신
    11 나는 결정론을 포기하는 쪽이다
    12 적절한 단어가 없다
    13 보어의 주문과 같은 용어
    14 게임은 승리로 끝났다
    15 과학적 경험이 아니라 삶의 경험
    16 모호하지 않은 해석의 가능성
    17 논리학과 물리학 사이 중간 영역에
    18 결국에는 혼란 상태
    ★ 지은이 후기
    ★ 감사의 말
    ★ 주석
    ★ 참고문헌
    ★ 옮긴이 후기

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