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강아지 에미와 함께 배우는 양자물리학의 세계!

『강아지도 배우는 물리학의 즐거움』은 물리학 교수인 저자가 자신이 입양한 강아지 에미를 통해 물리학에 대해 쉽게 풀어 설명한 책이다. 강아지 에미가 다람쥐를 쫓거나 과자를 얻거나 산책을 하는 등의 현상을 이용하여 양자물리학의 아이디어와 핵심을 이해할 수 있도록 한다. 마지막으로 양자물리학이 오용되는 사례들을 경계해야 하는 악령 같은 다람쥐로 설명하면서, 에미와 함께하는 즐거운 물리학 배우기를 마무리한다.

현대 물리학을 배우는 가장 놀라운 방법!
물리학 교수가 자신의 강아지에게 설명하는 양자물리학의 즐거움!
수많은 물리학자들이 양자물리학을 일반인이 이해할 수 있는 수준으로 설명하기 위해서 애써왔지만, 지금까지 소개된 양자물리학에 대한 교양서들은 지나치게 수학적이지 않으면, 지나치게 초보적이거나 단편적인 것이 많았다. 물리학 교수인 채드 오젤은 특별한 강아지 에미를 입양한 후 일반인이 일상생활에서 쉽게 접할 수 없기 때문에 어렵게 느껴지는 양자물리학에 대해서 상식에 대한 선입견이 적은 강아지가 사람보다 더 이해하기 나은 위치에 있을 수 있다는 생각을 하게 된다. 일반인에게 양자물리학이 어려운 이유는 그것이 세상에 대한 상식적인 기대에 어긋나기 때문인데, 어차피 강아지의 입장에서 세상은 모두 낯설고 신기한 것이다. 오젤의 설명을 들으며 에미는 다람쥐를 쫓거나 과자를 얻거나 산책을 하면서 양자물리학의 아이디어들을 이용하려고 애쓴다. 강아지 에미를 통한 이러한 친근한 예들은 직접 경험하기는 어렵지만 우리의 일상생활 구석구석에 확실하게 녹아 있는 양자물리학을 실증적으로 보여주며, 양자물리학을 쉽고 재미있게 느끼도록 한다. 이 책을 통해서 에미가 직접 부딪혀서 생활에 적용하는 양자물리학의 세계를 따라가다보면, 지루하고 난해하게만 느껴졌던 양자물리학을 즐겁게 배울 수 있을 것이다.

“감동적인 강아지와 나누는 소크라테스와 같은 대화를 통해서 양자물리학의 주제를 설명할 수 있다는 생각을 채드 오젤 이전에 누가 할 수 있었겠는가?”
양자물리학이란 무엇일까? 양자물리학은 1900년 이후에 발견된 법칙으로 이룩된 “현대 물리학”의 한 분야이다. 1900년 이전에 발견된 법칙들과 원리들은 “고전 물리학”이라고 부른다. 고전 물리학(classical physics)은 테니스 공과 장난감, 난로와 얼음 조각을 비롯한 모든 물체의 물리학이다. 우리가 볼 수 있는 모든 것의 움직임은 고전 물리학의 법칙을 따른다. 반면에 현대 물리학(modern physics)은 우리의 일상을 벗어난 훨씬 더 이상한 세상을 설명한다. 양자역학이 없었다면 현대 생활은 불가능했을 것이다. 전자의 양자적 본질을 이해하지 못했다면, 오늘날 컴퓨터를 움직이는 반도체 칩을 만들 수 없었을 것이며, 빛과 원자의 양자적 본질을 이해하지 못했다면, 광섬유 통신선을 통해서 신호를 보내는 레이저도 만들 수 없었을 것이다.
물리학 교수 채드 오젤은 양자물리학이 제시하는 세계를 자신의 강아지 에미에게 매우 흥미롭고 명쾌하게 설명한다. 에미는 입자-파동 이중성을 이용하여 건너편에 있는 다람쥐를 잡기 위해서 다람쥐가 눈치채지 못하게 한번에 가고자 하고, 뼈를 찾지 못하게 하는 하이젠베르크의 불확정성 원리를 원망한다. 또한 사고실험인 슈뢰딩거의 고양이 실험이 실제로 이루어지기를 간절히 원하며, 양자 지우개 실험으로 고양이를 지워버리고 싶어하기도 한다. 오젤이 바닥에 스테이크를 떨어뜨려서 그것을 찾아 먹을 수 있는 세계에서 살고 싶은 에미는 그러한 다중 세계 해석의 가지를 알고자 하고, 토끼의 정확한 위치를 알아내는 데에 양자 제논 효과를 사용하고자 한다. 또한 에미는 이웃집 담장 너머의 토끼를 쫓기 위해서 양자 터널현상이 이용될 수 있을지, 뼈를 다른 곳으로 보내는 데에 양자 얽힘을 사용할 수 있을지, 양자 공간이동을 통해서 토끼가 있는 위치에 자신을 쏘아보낼 수 있을지, 치즈로 만들어진 가상 입자 상태의 토끼가 실재가 될 수 있을지를 궁금해한다. 마지막으로 채드 오젤은 양자물리학이 오용되는 사례들을 경계해야 하는 악령 같은 다람쥐로 설명하면서, 에미와 함께하는 즐거운 물리학 배우기는 마무리가 된다.

이 책에 쏟아진 찬사
“이 작은 책은 일반인들이 현대 과학의 가장 이상하면서도 가장 중요한 한 측면을 가벼운 마음으로 즐겁게 읽을 수 있게 한다. 이 책은 자신의 일을 대중에게 더 효과적으로 설명하는 방법에 대해서 새 아이디어를 얻으려는 사람들이 양자물리학을 소재로 연습해볼 수 있는 훌륭한 자원이다.”
-윌리엄 필립스, 노벨 물리학상 수상자

“내 강아지 코디에 따르면, 채드 오젤이 물리학을 나보다 훨씬 더 명쾌하고 재미있게 설명하는데, 내 강아지가 내 곁에 있는 것은 오직 나를 위해서라고 한다. 대단히 고맙네, 채드.”
-존 스칼지, 「노인의 전쟁」과 「우주에 대한 엉성한 소개서」의 저자

“채드 오젤과 그의 사랑스러운 강아지 에미 덕분에 내가 마침내 하이젠베르크의 불확정성 원리를 이해하게 되었다! 에미가 나보다 훨씬 더 빨리 이해하고 있었던 몇 가지 핵심적인 개념도 있었다. 이 책은 현대 물리학을 완전히 배우지 못했거나 전혀 모르고 있는 사람들에게 축복이다. 나만 이렇게 생각하는 것은 아닐 것이다.”
-스펜서 퀸, 「미행」의 저자

“나는 오래 전부터 누구나 양자역학의 경이로움을 알아야 한다고 믿어왔다. 그러나 ‘모두’에 강아지도 포함될 것이라고는 생각하지 않았다! 채드 오젤의 책은 현대 물리학의 가장 심오한 신비를 시원하고 흥미롭게 소개해준다. 그리고 에미는 스타이다.”
-션 캐럴, 「영원에서 지금까지」의 저자

서문 왜 강아지에게 물리학을 이야기할까? 양자물리학 소개

제1장 어떤 길? 양쪽 모두 : 입자-파동 이중성
제2장 내 뼈는 어디에 있을까? 하이젠베르크의 불확정성 원리
제3장 슈뢰딩거의 강아지 : 코펜하겐 해석
제4장 다중 세계, 다중 과자 : 다중 세계 해석
제5장 아직도 거기에 있나요? 양자 제논 효과
제6장 더 이상 파고 들어갈 이유가 없다 : 양자 터널현상
제7장 멀리서 놀라서 짖기 : 양자 얽힘
제8장 나에게 토끼를 쏘아보내라 : 양자 공간이동
제9장 치즈 토끼 : 가상 입자와 양자 전기역학
제10장 악령 같은 다람쥐도 있다 : 양자물리학의 오용

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