빛의 입자설과 파동설부터 양자컴퓨터까지
양자광학의 창시자 글라우버의 논문 속으로!

미래 기술의 핵심, 양자광학을 샅샅이 파헤치다

〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 16번째 책. 2005년 노벨 물리학상을 수상한 로이 글라우버의 1963년 논문을 중심으로 양자광학의 A부터 Z까지 샅샅이 살펴본다.
양자광학에 앞서 고전광학에서 빛의 파동성과 입자성에 관한 역사를 재고찰했고, 광통신의 역사와 광섬유의 발명에 얽힌 이야기로 시작했다. 메이저와 레이저의 발명에 관한 일화도 다루었다.
디랙이 소개한 광자의 생성 및 소멸 연산자 아이디어를 전자기파에 대응한 이론을 설명했다. 이에 필요한 맥스웰 방정식도 간단히 소개했다.
빛과 물질의 상호작용에 관한 제인스와 커밍스의 연구 결과를 독자들이 이해할 수 있도록 간단한 수식만을 사용해 다루었다. 또한 글라우버가 도입한 결맞는 상태와 반응집광의 개념을 설명했다.
마지막으로 양자광학을 이용한 양자광 기술을 소개했다. 광학 핀셋, 주파수 빗, 메타물질을 이용한 투명 망토, 레이저 냉각, 양자정보과학에의 활용 등을 다루었다.
부록에는 제인스-커밍스, 글라우버, 펜드리 논문의 영문본과 노벨 물리학상 수상자 목록을 실어 지적 탐구심을 자극하도록 하였다.

★ 전국 과학교사모임 추천
★ 일대일 친절한 과학 수업
★ 이공계 진학 예정자 필독서
★ 노벨상 수상자 논문 영문본 수록

해리 포터 이야기 속 투명 망토가 현실로? 신비한 빛의 세계로 떠나는 여행

영국 작가 J.K.롤링의 《해리 포터》 시리즈의 팬이라면 한 번쯤, 주인공 해리처럼 투명 망토를 쓰고 곳곳을 몰래 누비는 상상의 나래를 펼쳐보았을 것이다. 그런데 판타지 소설이 아닌 현실에서도 투명 망토가 가능하다면 어떨까?
투명 망토는 메타물질이라는 아이디어에서 출발한다. 메타물질로 만든 투명 망토를 물체에 씌우면 물체에 빛이 도달하지 않아 우리 눈에 보이지 않는다.
메타물질의 활용 분야는 매우 넓다. 생활 소음을 줄이거나 음파 탐지기에 잡히지 않는 스텔스 잠수함에서도 쓰인다. 또한 투명 망토나 고성능 렌즈, 소형 안테나 등에 사용할 수 있다. 지금도 많은 과학자가 무궁한 가능성을 가진 메타물질을 연구한다.
이러한 메타물질의 바탕에 바로 양자광학이 자리하고 있다. 이 책은 양자광학의 창시자 글라우버의 연구를 중심으로 양자광학의 역사, 개념, 활용, 미래 등을 차근차근 소개한다. 이 책을 통해 신비한 빛의 세계로 여행을 떠나자!

흥미로운 과학사와 고등학교 수학 수준의 개념 설명

이 책은 단순히 양자광학의 개념을 나열하는 데 그치지 않는다. 저자는 독자들을 시간 여행으로 초대하여, 빛이 입자인지 파동인지 치열하게 논쟁했던 고전광학의 시대로 먼저 데려간다. 이어서 아인슈타인의 유도방출 이론이 레이저라는 혁신적인 빛을 탄생시킨 과정, 유리 막대에 빛을 가두어 정보의 바다를 열어젖힌 광섬유의 발견에 이르기까지, 한 편의 흥미진진한 과학 드라마를 펼쳐 보인다. 이러한 역사적 배경 위에서 독자들은 자연스럽게 양자광학의 핵심 질문들과 마주한다.
무엇보다 이 책의 백미는 서문에서 밝힌 ‘이제는 독자들의 수준도 많이 높아졌으니 수식을 피하지 말고 천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하길 바랐습니다’라는 열망이다. 양자광학의 핵심인 광자의 생성？소멸 연산자, 빛과 원자의 상호작용을 다룬 제인스-커밍스 모형, 빛의 최대 간섭을 설명하는 글라우버의 결맞는 상태 등 복잡한 개념들을 ‘고등학교 정도의 수식을 이해하는 청소년과 일반 독자’의 눈높이에 맞게 풀어내는 저자의 노력은 실로 감탄을 자아낸다. 이는 단순히 지식 습득을 넘어, 위대한 과학자들이 문제를 어떻게 정의하고 해결해 나갔는지 그 창의적인 생각의 흐름을 접하는 소중한 기회가 될 것이다.

산업, 의료, 군사, 통신, ... 우리 삶과 밀접한 양자광학 탐구

이 책을 읽고 새삼 깨닫는 것이 ‘이렇게 양자광학이 쓰이는 곳이 많았나?’이다. 광자의 개념으로 탄생한 레이저는 산업, 의료, 군사, 통신 등 이미 우리 삶에서 빼놓을 수 없는 존재가 되었다. 정교한 재단과 가공을 하거나, 치료나 검사에 쓰이고, 공격의 기준이 되며, 광섬유를 통한 초고속 통신을 한다. 여기서 한 걸음 더 나아가 양자광학이 미래 과학기술의 기본이 됨을 이 책을 통해 알 수 있다.
《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자광학》은 ‘전자기장의 양자화’ 같은 개념 설명부터, 이러한 기초가 어떻게 현대 과학기술의 눈부신 성과로 이어지는지 생생하게 보여준다. 레이저 빔으로 미세 입자를 다루는 ‘애슈킨의 광학 핀셋’, 원자시계의 정밀도를 극한으로 끌어올린 ‘주파수 빗의 발명’, 빛의 경로를 조종하는 ‘메타물질’, 미래 컴퓨팅의 핵심인 ‘양자컴퓨터’에 이르기까지 양자광학의 다양한 응용 사례를 소개한다.
현대뿐 아니라 미래 사회에도 필수인 양자광학의 세계에 푹 빠져보자!.

『노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학』 시리즈의 의의

이 시리즈는 노벨상을 수상한 과학자들의 오리지널 논문을 바탕으로 현대 과학의 정수를 전달하는 것을 목표로 한다. 지금까지 출간된 15권은 특수상대성이론, 양자역학, 방사선, 반입자, 양자전기역학, 양자광학, 그리고 기후물리학과 양자정보, 쿼크 이론에 이르기까지, 다양한 분야의 대표적 이론과 발견들을 다루어 왔다. 각 권은 특정 이론의 과학사적 배경, 수학적 정식화, 핵심 개념, 그리고 오리지널 논문의 전문을 함께 담아냄으로써 단순한 ‘지식 전달’에서 벗어나, ‘과학적 사유’를 훈련할 수 있도록 구성되어 있다. 고등학교 수학 정도를 이해할 수 있는 독자를 기본 독자로 설정하되, 전문적인 물리학 지식을 가진 독자에게도 새로운 시야를 제공할 수 있도록 정밀하게 설계되어 있다.

★“박문호의 자연과학 세상 특강 선정도서”

이러한 시리즈의 깊이와 정교함은 외부 전문가의 평가를 통해서도 뒷받침되고 있다. 특히 「세상에서 가장 쉬운 과학 수업」 시리즈는 박문호 박사의 ‘자연과학세상 목요특강’에서 연속으로 선정되는 영예를 안았다. 박문호 박사는 일반적으로 동일 출판사의 책을 연속으로 선정하지 않는 원칙을 지켜왔지만, 시리즈 제2권 『방사선과 원소』는 제204회 목요특강, 제8권 『반입자』는 제205회 목요특강에 각각 선정되며 이례적인 연속 채택이 이루어졌다. 이는 곧 시리즈 전체가 지닌 학술적 깊이와 대중 강연에서의 교육적 적합성을 전문가도 인정했다는 방증이다. 이처럼 「세상에서 가장 쉬운 과학 수업」 시리즈는 학습자와 독자의 지적 도약을 이끄는 학문적 실험장이자 안내서로 자리매김하고 있다.