★ “마침내 ‘이해했다’는 느낌이다.” 그동안 배우지 못했던 웃기고 따뜻한 양자역학
★ 『어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까』 베스트셀러 과학자가 들려주는 양자 이야기
★ “AI가 소프트웨어 혁명이라면 양자는 하드웨어 혁명이다.” 미래학자 정지훈 강력 추천!

양자의 의미와 철학부터 미래 기술의 가능성까지 양자역학의 모든 것을 친절하게 설명해주는 책이 나왔다. 영국에서 가장 사랑받는 과학 커뮤니케이터이자 30년 넘게 양자역학을 탐구해온 물리학자 짐 알칼릴리의 『세상에서 제일 다정한 양자 책』이다.
“쓸모없는 짓이야. 입 닥치고 계산이나 해!” 양자역학을 더 쉽게 이해하려는 사람들을 향해 많은 물리학자가 이렇게 짜증을 낸다. 하나의 입자가 둘로 나뉜 길을 동시에 지나가거나 상자 속 고양이가 죽었으면서 살아 있거나, 양자 세계에서 벌어지는 일은 하나같이 비상식적이기 때문이다. 결국 완벽한 해석은 불가능하므로 많은 과학자는 양자역학의 결론을 잠자코 받아들여 현실의 여러 응용 분야에 써먹는 데에 집중하기로 했다. 이러한 실용주의적 관점은 점잖게 ‘코펜하겐 해석’으로 불리면서 오늘날 양자역학 교과서를 지배하고 말았다.
“그래도 계산하느라 바쁘지 않을 땐 양자역학에 대해 자유롭게 고민합시다!” 저자 짐 알칼릴리는 과감하게 반기를 든다. 사실 양자역학을 모르면 이 세상을 제대로 이해할 수 없다. 연일 화두에 오르는 양자 컴퓨터는 왜 그렇게 뛰어난 기술인가, 실리콘 반도체 칩부터 전자레인지까지 우리 생활 속 얼마나 다양한 곳에 양자 기술이 녹아들었는가. 이 책은 복잡한 방정식을 끼적이는 대신 자유분방한 설명과 한눈에 들어오는 아기자기한 그림으로 양자 세계를 탐험한다.
“AI 이후 양자 기술의 거대한 파도를 읽어내고 싶다면 이 책을 권한다.” 이 책은 DGIST 교수이자 IT 융합 전문가 정지훈의 한국어판 서문을 담아 더욱 특별하다. 정지훈 교수는 오늘날 왜 양자 기술 및 그 근본이 되는 양자역학에 주목해야 하는지 말한다. 양자역학은 분명 과학자에게조차 쉽지 않은 학문이다. 하지만 서문으로 그 중요성을 되새기며 이 책의 친절하고 다정한 서술을 따라가면 자연스레 이해의 지평을 넓힐 수 있다.

“양자역학을 이해시키는 것을 넘어 느끼게 한다”
복잡한 양자 세계의 모든 것을 한 권으로 총망라한 가이드북!

수많은 대중과학서는 물론이고 물리학 교과서마저 널리 퍼뜨리는 미신이 있다. 양자역학이 태동하기 직전인 19세기 말 과학자들 사이에서 ‘물리학이 거의 완성되었다’는 인식이 팽배했다는 것이다. ‘아이작 뉴턴의 운동법칙과 제임스 맥스웰의 전자기론으로 모든 물리 현상을 완전히 이해할 수 있게 되었으며, 꼼꼼하게 마무리해야 할 몇 가지 세부 사항만 남아 있었다. 그러던 중 막스 플랑크가 열역학 연구로 새로운 공식을 제안했고 곧이어 양자혁명이 일어났다’라는 이야기다. 영국의 물리학자 짐 알칼릴리는 이를 바로잡는다. “모두들 진화론 하면 다윈, 상대성이론 하면 아인슈타인을 떠올리죠. 하지만 양자역학은 어느 한 사람이 감당하기에는 너무 컸습니다.”
『세상에서 제일 다정한 양자 책』은 양자의 의미, 양자역학의 기원, 수많은 해석과 철학, 양자 기술의 어마무시한 위력 등을 총체적으로 설명한다. 기존의 교과서는 교육을 위해 과학 개념이나 발달 과정을 크게 단순화하고 특정 사건이나 인물을(특히 노벨상 수상자를) 깔끔하게 세탁하곤 한다. 저자 알칼릴리는 복잡한 이론을 알기 쉽게 설명하면서도 본질을 훼손하지 않는 절묘한 균형을 잡으며 학교에서는 가르쳐주지 않는 진짜 양자역학의 참맛을 느끼게 해준다.

“산송장처럼 지루한 과학자들 사이에서 돋보이는,
세상에서 제일 재밌는 양자물리학자의 책”

저자는 복잡한 수학으로 혼란스럽게 하지 않고, 현실의 비유로 개념을 쉽게 전달한다. 물리학에서 가장 중요한 방정식인 슈뢰딩거 방정식이란 도대체 뭘까? 책에서는 상자 속에 갇힌 전자를 감옥에서 막 석방된 절도범의 ‘범죄 파동’에 빗대어 방정식을 찬찬히 소개한다. 그런데 현대물리학을 다루는 대중과학서는 아인슈타인의 E=mc^2 공식을 제외하고 나머지 수학 방정식은 모두 피하려 한다. 저자는 미학적인 이유만으로도 한 번쯤 볼 가치가 있다며 슈뢰딩거 방정식을 본격적으로 소개한다. 친절한 설명을 따라가다 보면 난해하게만 느껴지던 수식의 아름다움이 조금씩 보이기 시작한다.
과학 전공자와 비전공자 모두에게 양자역학 입문서로 자리매김한 원서 ‘Quantum’의 내용과 디자인을 현대적으로 리뉴얼하고 번역한 한국어판이 『세상에서 제일 다정한 양자 책』으로 나왔다. “지적으로 심오하면서도 따뜻함과 유머를 잃지 않는다”, “모든 내용이 명확하고 간결하다” 등 호평을 받은 저자의 문체를 살리면서, 본문에 수록된 70여 개의 그림을 앙증맞고 한눈에 들어오도록 다시 그려내, 중첩이니 얽힘이니 하는 어려운 개념이 직관적으로 뇌리에 박히도록 했다. 핵융합 초전도체나 양자 컴퓨터와 같은 양자 기술이 각광받는 오늘날, ‘양자란 대체 무엇이며, 왜 이토록 이상하고 대단한가’라는 호기심을 확실히 충족시켜줄 교양 과학서다.

“제2의 양자혁명이 펼쳐지고 있다”
한국어판 서문 수록: IT 융합 전문가 정지훈 교수가 말하는 양자역학의 의의

양자역학은 탄생한 지 대략 100년 밖에 안 되었음에도 세상의 많은 것을 바꾸어놓았고, 앞으로도 바꿔갈 것이다. 우리는 전자 파동함수의 속성을 파악하여 금속이 전기를 어떻게 전도하는지 이해하게 되었고, 이는 반도체 칩과 트랜지스터의 발명으로 이어졌다. 양자 터널링 현상은 우리에게 원자력을 안겨주었고, 이는 무제한의 청정 에너지원인 핵융합 기술의 발전으로 나아가고 있다. 1900년 막스 플랑크가 ‘에너지 양자’라는 개념을 발표하고 1925년 베르너 하이젠베르크가 ‘행렬역학’이라는 수학 체계를 창안하여 발생한 첫 번째 양자혁명 이후, 우리는 현재 두 번째 물결을 맞이하고 있다.
미래학자 정지훈 교수는 한국어판 서문으로 오늘날 양자역학을 알아야만 하는 이유를 설파하며 책의 가치를 더욱 높인다. “기술의 미래를 제대로 이야기하려면 그 기술이 태어난 과학의 뿌리에 경이로움을 느껴야 한다.” 그리고 저자는 노벨상 수상자 안톤 차일링거, 옥스퍼드대 교수 프랭크 클로우스 등 오늘날 활약하는 양자물리학자들의 기고문을 실어 양자역학의 최신 성과와 그 안에 담긴 거의 모든 개념을 한 권으로 압축해냈다.
양자역학은 다른 모든 학문과 구별된다. ‘동일한 예측을 내놓는 하나의 과학 이론을 두고 여러 가지 해석이 공존하는’ 아마도 유일한 학문이기 때문이다. 상자 속 슈뢰딩거의 고양이가 뚜껑을 열어 관측하기 전까지 어떤 상태로 존재하는지(죽었는지 살았는지), 양자의 세계는 아직 그 누구도 완벽하게 해석하지 못했다. 과연 우리가 진리에 도달할 수 있을지조차 알지 못한다고, 저자는 인정한다. 그럼에도 이 책으로 양자역학을 조금씩 배우면서, 진리를 찾아가는 과학자들의 노력과 열의, 그로써 펼쳐질 미래 기술의 지평을 경험할 수 있을 것이다.