‘양자역학‘에 대한 입문서

양자역학 이야기 - 빛의 개념부터 시간여행까지, 세상의 모든 것을 설명하는 양자역학 안내서
팀 제임스 지음, 김주희 옮김 / 한빛비즈 / 2022년 11월

저자인 팀 제임스는 영국의 과학교사로 유튜브 등을 통해 과학대중화에 힘쓰고 있다고 책날개 소개에 나온다. 양자역학은 상대성이론과 더불어 늘 일반인들의 관심을 불러 일으키는 중요한 물리학 주제이다. 이 책은 양자역학 입문서라고 볼 수 있으며, 근래 출간되는 비슷한 성격의 책들 중 하나이다. 재밌고 쉽게 설명하려는 시도가 돋보이지만 종종 설명이 부정확하다는 단점이 있다. 번역의 문제도 조금 있지만, 내가 볼 때는 원문에도 문제가 있다. 나중에 정리하려고 이상한 부분 표시하며 읽다가 그냥 포기하기로 했다. 이 책은 표지 일러스트도 마음에 안 든다. 과학 관련한 그림을 그냥 예쁘게 마음대로 바꾸면 되는 건가? 일례로 렌즈 관련한 그림을 보시라. 저자의 다른 책을 찾아 읽고 싶은 생각이 사라졌다. 

이상한 부분 표시해 놓은 포스트잇 떼다가 다른 책에서도 봤던 번역 문제 한 가지만 지적하려고 한다. wave는 '파동'이다. 물결처럼 퍼져나가는 현상 자체를 말한다. 파동의 길이(예컨대 파동의 마루에서 마루까지 거리)를 나타내는 '파장wavelength'과는 분명 다르다. 48페이지를 보면 이렇게 번역되어 있다: "전자와 광자가 파장과 입자를 오가며 다르게 행동하는 신비한 현상을 '파장-입자 이중성wave-particle duality'이라 부른다." (밑줄 추가) 

우주배경복사 발견 이야기

[전자책] 코스믹코믹 - 빅뱅을 발견한 사람들 ㅣ 푸른지식 그래픽로직 1
아메데오 발비 지음, 김현주 옮김, 로사노 피치오니 그림, 이강환 감수 / 푸른지식 / 2014년 9월

156페이지의 얇은 책이다. 빅뱅의 증거로 얘기되는 우주배경복사를 발견한 아노 펜지아스와 로버트 윌슨의 이야기를 중심으로, 허블, 아인슈타인, 프리드만, 르메트르, 가모프 등의 관련 업적을 설명한다. 영화를 보듯 생생하게 대화를 통해 논의가 전개되는 장점이 있지만, 짧은 분량에 거의 대부분이 대화로 이루어져 있기 때문에 이 주제에 대해 잘 모르는 이에게는 지루하게 느껴질 수도 있겠다. 

천문학 연구의 최전선과 의미

스페이스 오페라 ㅣ 렉처 사이언스 KAOS 13
임명신 외 지음 / 반니 / 2022년 4월

태양계와 외계행성부터 운석충돌로 인한 지구멸망 시나리오, 별과 은하의 일생, 그리고 외계생명체에 이르기까지 다양한 천문학 분야에 대해 각 분야의 국내전문가들로부터 강연을 듣는 것 같은 즐거움이 있다. 카오스재단에서 강연을 묶어 펴내는 렉처 사이언스 시리즈를 이 책까지 두 권 읽었는데, 첫 번째로 읽은 <기원, 궁극의 질문들>보다는 좀 더 만듦새가 좋다. 그림과 본문이 따로 노는 것은 많이 해소됐으며 오타도 거의 보이지 않는다. 

천문학은 낭만적인 사람이 하는 것이 맞는 것 같다. 이른바 '산업'에는 별 도움이 안 되는 천문학 연구의 수준이 한 나라의 철학과 국력을 나타낸다는 생각이 들기도 한다. 우리나라는 이전의 아무런 존재감이 없던 수준에서 벗어나 근래에는 천문학 연구에도 많은 기여를 하는 듯 싶다. 

이 책은 나름 전문적이며 최근의 연구 성과까지 보여준다. 하지만 넓은 분야를 간단히 소개하는 개관이기 때문에 이 책에 참여한 저자들이 각자 펴내는 좀 더 상세한 책이 있다면 읽고 싶다. 

다음은 이석영 교수가 쓴 에필로그에서 가져왔다. 

  얼마 전 TV에서 재밌는 장면을 봤습니다. 어린아이에게 사랑이 뭐냐고 물었더니 주저 없이 "갑자기 꼭 껴안아 주고 싶은 거"라고 답했습니다. 그 장면이 너무 귀여워서 여러 번 되돌려 봤습니다. 그런데 그 아이보다 몇 배 넘게 산 그 아이의 엄마에게 같은 질문을 한다면 뭐라고 답을 할까요? 아마 잠시 머뭇하다 "잘 모르겠어" 하고 답할 것 같습니다. 아이의 엄마가 그 아이보다 정말 몰라서 모르는 걸까요? 살면서 배우는 것은 결국 큰 의미가 없는 걸까요? 우리가 과거에 모르던 것까지 이제는 모르고 있다는 것을 인지한 것이고, 그건 아는 것 못지않게 값진 겁니다. 우리 인류는 앞으로 많은 것을 알게 됨과 동시에 더 많은 모르는 것이 있음을 알게 될 것입니다. (261~262 페이지)

Platonic reality of mathematical ideas

'계산가능성computability'에 대한 Turing과 Church의 접근 방법을 길게 논의한 후 펜로즈는 다음과 같이 말한다. 

  Like so many other mathematical ideas, especially the more profoundly beautiful and fundamental ones, the idea of computability seems to have a kind of Platonic reality of its own. It is this mysterious question of the Platonic reality of mathematical concepts generally that we must turn to in the next two Chapters. (p. 70)

수학을 연구하다 보면 '발견'되는 것 같은 사실이 있다. 다음 장인 3장에서 펜로즈는 만델브로트 집합과 복소수를 예로 들며 이러한 구조와 개념의 특성은 인간이 발명하는 것이 아니라 발견되는 것 같다고 말한다. 여기에 자연현상을 발견하는 것과 무슨 차이가 있냐는 것이다. 물론 펜로즈도 모든 수학적 개념이 다 이런 것은 아니라고 인정한다. 하지만 특별히 근본적이고 아름다운 수학적 구조들을 볼 때마다 어딘가에 이러한 개념들이 존재한다고 생각할 수밖에 없다고 그는 믿는다. 

문제는 이러한 개념들이 '어디'에 있냐는 것이다. 플라톤주의는 인간 존재를 벗어난 객관적 개념적 실재가 있다는 이야기인데, 수학의 개념은 전혀 물질적이지 않으며 물질적 실체를 가질 수 없다. 단지, '발견된다'는 느낌이 '이러한 개념이 객관적으로 실재한다'는 증명이 되는가. 

양자컴퓨터의 제약

There will always be stray air molecules and stray photons ricocheting off qubits, causing them to lose their quantumness and decohere into normal bits. This can be corrected but, for each qubit, this error correction requires anything from 10 to 100 qubits. A conventional computer develops an error--a 0 flipping to a 1 or vice versa--about once every trillion trillion operations. However, a quantum computer develops an error about once every thousand operations. This is a crippling rate and it is not yet certain that such error correction can, in practice, outpace the accumulation of errors.

  Currently, the record-holding quantum computer, announced by IBM in November 2021, has 120 qubits. This is almost double the number of the previous record-holder that was built by Google. However, the number of qubits being quoted is deceptive since only a small portion of qubits are useable for calculations, while the rest are needed simply to correct the errors accumulating in those qubits. (p. 167)