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<양자론> 개정 신판

상대성 이론과 함께 현대 물리학의 쌍벽을 이루는 이론인 양자론. 상대성 이론이 거시 세계의 이론이라면, 양자론은 원자와 전자 등 우리의 눈에 보이지 않는 미시의 세계에서 일어나는 현상을 다룬다. 금속, 절연체, 반도체와 같은 다양한 고체의 성질을 밝혀내 현재와 같은 첨단 과학 기술 사회를 이룩하는 데 큰 도움을 주었다.『양자론』은 2006년에 출간된 <누구나 이해할 수 있는 양자론>의 개정판으로, 독자 모니터의 의견을 다시 반영해 완성도를 높였다.

양자론 없이는 첨단 과학 기술도 없다!

양자론은 상대성 이론과 함께 현대 물리학의 쌍벽을 이루는 이론이다. 상대성 이론은 간단히 말하면, 물체의 속도가 매우 빠르거나 중력이 아주 큰 환경에서는 시간·공간의 길이가 달라지는 것 등을 다루는 ‘거시(巨視) 세계의 이론’이다. 이에 비해 양자론은 원자와 전자 등 우리의 눈으로는 식별할 수 없는 ‘미시(微視) 세계’에서 일어나는 현상을 다룬다.
상대성 이론의 세계와 마찬가지로 양자론의 세계에서도 우리의 일상적인 감각으로는 이해하기 어려운 일들이 벌어진다. 이를테면 하나의 전자가 2개의 문(슬릿)을 ‘동시에 통과’하며, 벽을 꿰뚫고 지나가기도 하고, 아무것도 없는 공간에서 갑자기 생기거나 사라지기도 한다.
양자론은 금속·절연체·반도체 같은 다양한 고체의 성질도 밝혀냈는데, 특히 반도체는 컴퓨터나 휴대전화 같은 디지털 기기에 반드시 필요한 물질이다. 반도체 부품 등은 양자론의 계산에 기초해서 만들어지므로, 양자론에 근거한 반도체에 대한 이해가 없었다면 현재와 같은 첨단 과학 기술 사회는 성립되지 않았을 것이다.
이 책은 2006년 10월에 간행된 <누구나 이해할 수 있는 양자론>의 개정 신판이다. 당시 독자들로부터 ‘가장 알기 쉬운 양자론 책’이라는 평가를 받기도 했으며, 이번에 독자 모니터 의견을 다시 반영해 더욱 완성도가 높은 ‘개정 신판’을 내놓게 되었다.
제1장에서는 양자론의 기본 개념과 핵심 내용을 요약해서 독자의 이해를 돕고, 제2장에서는 양자론의 배경이 되는 원자와 전자, 빛이 가진 ‘파동과 입자의 양면성’ 등을 정리한다. 제3~4장에서는 양자론의 핵심을 다룬다. 양자론 이해의 핵심 개념인 ‘상태의 공존’과 ‘불확정성 관계’를 비롯해, 전자의 파동·간섭·터널 효과, 그리고 진공 에너지, 첨단 과학 기술과 연결되는 다양한 양자론의 측면을 살펴본다. 제5~6장에서는 양자론에 관련된 주요 과학자들, 다중 세계 해석(多重世界解釋)의 개념, 그리고 양자론의 창시자 중 한 사람인 아인슈타인과 보어의 논쟁 등을 다룸으로써 양자론의 내용을 전체적으로 마무리할 수 있도록 했다.
양자론은 상대성 이론과 마찬가지로 어렵다는 평을 듣는 것이 사실이다. 하지만 그 양자론을 ‘누구나 이해할 수 있도록’ 구성한 이 책을 통해, 현대 물리학의 핵심 이론을 ‘나의 것’으로 만들기를 권해 드린다.

● 상대성 이론과 쌍벽을 이루는 자연계의 양대 이론
상대성 이론이 시간과 공간과 중력을 다루는 이론이라면, 양자론은 원자와 전자와 소립자의 이론이다. GPS(위성위치확인시스템)가 상대성 이론의 실제 적용 사례라면, 반도체·컴퓨터 등은 양자론의 실제 적용 사례라고 할 것이다. 자연계의 양대 이론 중 하나인 양자론을 ‘누구나 이해할 수 있도록’ 구성한 것이 과학 잡지 Newton의 노하우이자 이 책의 가장 큰 장점이다.

● 난해한 이론을 상세한 그림과 전문가의 해설로 쉽게 설명
양자론은 내용이 난해한 것으로도 널리 알려져 있다. 그런 내용일수록 원리의 이해가 중요함은 더 말할 필요도 없다. 과학의 원리를 이해하는 데 핵심 내용을 그림으로 보여 주는 것보다 좋은 방법은 없을 것이다. ‘과학의 원리를 세계 최고 수준의 그래픽과 전문가의 해설로 쉽게 설명한다.’는 Newton의 편집 원칙은 이 책에도 유감없이 발휘되어 있다.

● 독자들의 사전 내용 검증을 통해 ‘누구나 이해할 수 있도록’ 구성
독자들은 해당 분야의 전문가가 아니다. 따라서 독자가 쉽게 이해할 수 있는 해설 방식을 찾는 일이 무엇보다 중요하다. 그래서 이 책에 도입한 것이 ‘독자 모니터 제도’이다. 책을 발간하기 전에 모든 글과 그림을 선발된 독자들이 먼저 보고, 이해하기 어렵거나 보충 설명이 필요한 부분 등을 모두 지적토록 한 뒤, 그 내용을 빠짐없이 반영해 책을 완성함으로써 ‘누구나 이해할 수 있는 양자론’이 되도록 구성했다.

● ‘Q&A’와 ‘칼럼’ 등, 다양한 보충 자료 제공
양자론의 주요 내용을 본문과 그래픽으로 설명한다고 해도, 독자 입장에서는 이해되지 않는 부분이 나오게 마련이다. 이 책에서는 양자론에 대해 독자들이 특히 이해하기 어려워하는 부분이나 중요한 배경 사건 및 지식을 모두 정리해, 10개의 ‘Q&A’와 7개의 ‘칼럼’으로 제공한다. 양자론을 이해하는 데 꼭 필요한 보충 자료의 구실을 할 것이다.

● 최고의 과학 그래픽 단행본 ‘뉴턴 하이라이트 시리즈’
‘뉴턴 하이라이트’ 시리즈는 과학 잡지 의 기사 중에서도 독자의 호평을 받은 특정 주제의 내용을 단행본으로 재구성한 것이다. <누구나 이해할 수 있는 양자론>은 그 마흔세 번째 책이며, <상대성 이론> <빛이란 무엇인가?> <인체-21세기 해부학> <뇌와 마음의 구조> <주기율표> <신비한 수학의 세계> 등의 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

1장. 양자론이란 무엇인가?
라플라스의 괴물
양자론이란? ①~②
* Q1. 양자론은 일상적인 '거시 세계'와는 관계가 없을까?
양자론 요약 ①~③

2장. 양자론의 탄생
이해의 열쇠 '파동과 입자의 양면성'
빛의 파동설 ①~③
양자론에서 생각하는 빛 ①~③
* Q2. 광자는 결국 입지인가, 파동인가?
* 칼럼 - '양자'라는 개념을 처음으로 제창한, 양자론의 아버지 막스 플랑크
원자의모형 ①~③
양자론에서 생각하는 전자와 원자 ①~③
정리 - 양자론의 탄생

3장. 양자론의 핵심
이해의 열쇠 '상태의 공존'
전자의 간섭 ①~⑥
* Q3. 전자가 여러 곳에서 동시에 존재할 수 있다는 것은 사실인가?
* Q4. '전자의 파동'이란 무엇을 의미하는가?
해석을 둘러싼 논쟁 ①~②
* Q5. 양자론에서 말하는 '관측'이란 무엇인가?
불확정성 관계
정리 - 양자론의 핵심

4장. 발전하는 양자론
새로운 진공의 모습 ①~②
* Q6. 진공이 에너지를 가졌다는 것은 사실인가?
* 칼럼 - 우주를 가속 팽창시키는 것은 진공의 에너지일지도 모른다
터널효과 ①~③
* Q7. 터널 효과의 실제 사례는?
화학과 고체 물리학으로의 발전 ①~②
* 칼럼 - 주기율표는 양자론이 탄생하기 전에 만들어졌다
* 칼럼 - 현재의 정보 기술 사회를 가져온 반도체 - 양자론의 반도체의 성질을 규명했다
* 칼럼 - 놀라운 잠재 능력을 간직한 양자 컴퓨터란?
자연계의 네 가지 힘 ①~④
우주는 '무(無)'에서 태어났다 ①~②
정리 - 발전하는 양자론

5장. 양자론 총정리
양자론의 주요 인물
양자론 연표
양자론이란? 다중 세계 해석이란?
* 칼럼 - 달은 보고 있을 때만 존재한다?
* Q8. 다중 세계 해석에서 말하는 '세계의 갈라짐'이란 어떤 의미인가?
* Q9. 다중 세계 해석과 비슷한 이야기를 우주론에서도 들은 적이 있는데?

6장. 아인슈타인과 양자론의 발전사
양자론과 아인슈타인의 이야기
* 칼럼 - 아인슈타인의 의문 제기와 결론
* Q10. 아인슈타인이 다중 세계 해석을 들었다면 어떻게 평가햇을까?
더 알고 싶다! 독자들의 질문에 대한 답