슈뢰딩거가 들려주는 양자물리학 이야기

곽영직

저자 : 곽영직
저자 곽영직은 서울대학교 자연과학대학 물리학과를 졸업하고 미국 켄터키대학교 대학원에서 박사학위를 받았다. 1985년부터 수원대학교 물리학과 교수로 근무하고 있다. 일반 독자들을 위한’알기 쉬운 과학이야기’, ‘큰 인간 작은 우주’, ‘원자보다 작은 세계 이야기’, ‘물리학이 즐겁다’, ‘자연과학의 역사’, ‘수학의 직관적 이해’, ‘CD롬과 함께 가는 별자리여행’, ‘태양계 여행’을 비롯한 많은 과학 서적을 발간했으며, ‘별자리 따라 봄, 여름, 가을, 겨울’, ‘왜 땅으로 떨어지나?’, ‘데굴데굴 굴려 봐’등 어린이들을 위한 다수의 과학책을 집필하였다.

첫 번째 수업. 슈뢰딩거를 기억해 주세요
두 번째 수업. 꼬마 나라로의 여행
세 번째 수업. 에너지는 알갱이다
네 번째 수업. 빛의 정체를 밝혀라
다섯 번째 수업. 새 나라와 짐승 나라의 전쟁
여섯 번째 수업. 빛의 이중성
일곱 번째 수업. 확률의 세계
여덟 번째 수업. 확률과 양자 물리학
마지막 수업. 불확정성의 원리

■ 빛은 입자일까? 파동일까?

현대에 살고 있는 우리는 빛이 입자라고 알고 있을까? 파동이라고 알고 있을까? 깊게 생각하고 전문적인 지식이 없는 사람들 사이에서는 지금도 의견이 분분할 것이다. 1800년대의 과학자들에게 빛은 미지의 세계였다. 그림자가 생기는 것으로 보면 빛은 입자인 게 분명한데, 빛에서 나오는 여러 가지 전자기파를 보면 파동인 게 분명하다. 한동안 과학자들은 빛은 파동이라고 믿었었다. 하지만 아인슈타인의 실험으로 빛은 입자라는 것이 제기 되며, 이런 논란은 그 당시 과학자들에게 큰 혼란을 주었으며, 어느 쪽이 맞는지 판단할 수 없었다.

이 책에서는 슈뢰딩거 방정식이 나오기까지의 과정을 상세하게 담고 있다. 뿐만 아니라 이중성이나, 빛의 파동성과 입자성에 대한 어려운 내용을 동화로 쉽게 설명해 주고 있다. 파동성과 입자성이 무엇인지, 또 파동성과 입자성의 차이점은 무엇이며 현재 생활에 어떤 영향을 미치고 있는지 등 양자물리학에 대한 전문적인 지식이 아닌 아이들이 쉽게 접근할 수 있는 내용들로 구성되어 있다.

■슈뢰딩거 방정식이란 무엇일까?

우리가 자주 사용하는 컴퓨터나 게임기 속에서 실제로 일을 하는 것들은 눈에 보이지 않을 정도로 작은 전자이다. 컴퓨터나 게임기 속에서는 수많은 전자들이 우리가 키보드를 누르거나 조이스틱을 조종하는 대로 여러 가지 그림과 소리를 만들어 낸다. 그런 전자를 발견하고 전자의 이동 속도, 이동 방향 등을 측정할 수 있게 된 것이 바로 슈뢰딩거의 방정식이 있었기 때문이다. 원자보다 작은 세계에서 일어나는 일들을 밝혀내는 것이 바로 양자물리학이며, 그 중심에서 슈뢰딩거의 방정식이 있기 때문에 가능한 일인 것이다.