양자역학에 대한 쉽고 정확한 이해!

 이번 포스팅은 <수학으로 바우는 양자역학의 법칙>에 대한 내용입니다. 저번에 소개했던 <파동의 법칙>과 마찬가지로 트래칼리(Transnational College of LEX)에서 진행된 <양자역학의 모험>에 관한 내용을 엮은 책입니다.

---

양자 역학의 법칙

저자

Transnational College of LEX 지음

출판사

GBRAIN | 2011-11-22 출간

카테고리

과학

책소개

보고 또 봐도 물리를 몰라 고민인 학생들을 위한 가장 쉬운 양자...

글쓴이 평점  

---

 <파동의 법칙>을 읽고 책갈피에서 관련 도서로 이 책을 발견하게 되었죠. 그래서 다음번에 도서관에 갈 때 빌려야 겠다고 마음먹고 빌려본 책입니다. 역시 기대에 어긋나지 않는 책이었습니다! 쉽게 설명하려 하면서도 수식을 피하지 않고 오히려 수식 전개를 통해 핵심을 이해한다는게 마음에 들었습니다. 책을 한 번 읽고 수식을 따라가는 것만으로 정확한 이해를 할 수는 없겠지만, 20세기 전반에 걸친 양자역학의 발달과정과 흐름을 알아볼 수 있었습니다.

 양자역학의 시작은 플랑크부터 라고들 얘기하죠. 이 책 역시 마찬가지로 흑체복사 실험을 설명하기 위한 플랑크의 양자가설에서부터 시작합니다. 이 책에서는 흑체복사 스펙트럼의 정확한 식은 물론이고, E = hf 에서 스펙트럼의 식까지 이르는 유도과정을 알기 쉽게 설명하고 있습니다. 이렇게 수식을 회피하지 않고 직접 도전하는 것은 이 책에 자주 등장하는데, 그것은 이 책의 원저인 <양자역학의 모험>을 쓴 트래칼리가 원래는 언어를 배우는 그룹이었고, 자연은 '수식언어'로 기술된다는 생각을 가지고 있기 때문입니다. 그래서 평소에 의미만 알고 있었던 이런 부분들이 정말 마음에 들었습니다. 일반 물리나 화학책에서는 ;고전역학에서 예측한 흑체복사 식은 이러한데, 에너지가 불연속적이라고 하니까 맞더라'라고 하는 의미만 제시할 뿐 수식으로 보여주진 않으니까요. 수식으로서 '정확'하게 표현되니 머릿속에 와닿고 박히는 느낌이 들었다고나 할까요?

 아무튼 그 이후로 아인슈타인의 광량자 가설, 보어의 원자모형이 차례로 등장합니다. 여기서 눈에 띄는건 보어의 양자조건이 위상평면-저는 이 개념을 공수에서 처음 봤는데, 물리에서 쓰는 걸 보니 Phase plane이라는 말이 이해가 됐습니다.-에서 닫힌 적분을 시행한게 플랑크 상수의 정수배와 같다는 기술이었습니다. 일반화학 수준에서는 전자의 궤도는 원이라 가정하여 각운동량의 양자화를 보어의 양자조건으로 두지만, 여기서 보어의 양자조건은 더욱 일반적인 개념이었습니다.

 다음부터 전개되는 내용은 제게는 완전히 새로운 내용이였죠. 행렬역학과 파동역학이 결국은 일치한다는 것이 제가 알고 있던 전부였습니다. 그걸 - 중간에 증명없는 비약이 있다 하더라도 - 수식으로 풀어서 전개하니까 이제는 머릿속에 그려집니다. 하이젠베르크가 시도한 방법이 자연스럽고, 그럴 수 밖에 없었다는 것을 역사 속에서 보니까 너무 잘 와닿는다고 할까요. 물론 지금은 그 유도과정은 하나도 기억나지 않지만, 그 방정식을 이끌어 내기 위한 일련의 과정들을 통해 '몰입'하게 되었습니다. 슈뢰딩거의 파동방정식이 끌려나오는 것도, 이제는 식이 왜 그렇게 되는지 이해가 되니까 마음이 편안해지는 느낌을 받았습니다.

 20세기 전반에 걸친 양자 물리의 거의 핵심적인 부분 전체를 다루고 있습니다. 전공자가 아니더라도 양자역학의 불확정성 원리나 파동방정식 등 한 번 쯤 궁금해봤던 사람이 읽으면 머리가 시원해지는 느낌을 받을 것 같습니다. 물론 수식을 따라가는데에 어느 정도의 Mathematical Background가 필요하긴 합니다. 이제 저도 양자역학이 뭐냐고 질문을 받으면 애매한 느낌만 가지고 있는 게 아니라 확실한 이미지를 가지고 대답해줄 수 있을 것 같습니다. 오히려 이런 역사적 배경에서의 양자물리학의 발전과정을 보니까, 좀 더 세세한 교과서적인 양자물리를 공부해보고 싶다는 생각이 역으로 들었습니다. 파인만 책을 요즘 통 못 읽고 있는데 시간이 돼서 3권까지 가게 된다면 파인만은 어떤 식으로 Quantum Mechanics를 설명할 것인지 매우 궁금해지네요.