머리말
제1부 양자론의 수수께끼
제1장 양자는 우리 곁에 있다
모래알에서는 생명이 탄생하지 않는다
분자가 만드는 안정적인 구조
생명을 구동하는 정밀기계
생기론에서 양자론으로
원자핵과 전자의 유연한 시스템
가장 단순한 사례부터 시작한다
중력의 지배를 받는 행성계
행성계와 원자의 결정적인 차이
수소 원자가 보여주는 규칙성
원자론―이 기묘한 것
제2장 파동이 만들어 내는 질서
원자와 장(場
수소 원자가 보여주는 수수께끼
슈뢰딩거의 해답
갇힌 파동은 형태를 만들어 낸다
현(弦의 진동을 예로 생각해 보자
파동을 가두는 힘의 정체
수소 원자에서 무슨 일이 일어나고 있는가?
양자 효과의 본질을 파고들다
원자에서 분자로
물리학으로 화학을 설명하다
‘전자는 파동이다’라는 아이디어
슈뢰딩거의 실수
제3장 ‘이해하기 쉬운 양자론’이란?
양자론의 타깃이 ‘입자’에서 ‘장’으로
‘양자장론’은 어떤 이론일까?
전자에는 개성이 없다
어떻게 해서 파동이 입자가 되는가?
‘파동이면서 입자다’라는 모순
불확정성원리란 무엇인가?
파동을 위해 준비된 공간
양자장론에는 결함이 있었다
이해하기 쉬운 양자론과 그 적
제2부 양자론의 두 계보
제4장 보어 vs 아인슈타인
막스 플랑크, 에너지양자를 발견하다
아인슈타인이 일으킨 혁신
빛은 기체 분자와 닮았다
실패한 이론으로 생각됐던 광양자론
보어가 궁리 끝에 만들어 낸 원자모형
이론의 짜깁기
보어-아인슈타인 논쟁
논쟁의 승자는 누구?
제5장 하이젠베르크 vs 슈뢰딩거
새로운 역학을 모색한 보른
급진적인 하이젠베르크
하이젠베르크의 현미경
보어의 방법론을 계승한 하이젠베르크
이미지를 중시한 슈뢰딩거
슈뢰딩거를 향한 비판과 그 귀결
제6장 디랙 vs 요르단
진동하는 ‘무언가’
전자와 광자는 입자다
천재 디랙의 화려한 테크닉
생성·소멸의 마법
‘디랙의 바다’
디랙의 방
물질이 복잡하면서도 정교한 형태를 유지하는 이유는?
양자론의 등장 배경과 양자 효과의 결과
‘양자’란 무엇일까? 사전적인 뜻은 “더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위”로, 양자론이란 ‘양자의 관점에서 전개되는 물리학 이론’을 통틀어 이르는 말이다. 이 양자론을 통해서야 비로소 설명 가능해지는 물리적인 효과, 즉 ‘양자 효과’는 물질과 관련된 온갖 물리현상에서 발견된다. 전자가 원자핵에 끌어당겨지지 않고 일정한 간격을 둔 채 그 주위를 도는 것, 그래서 원자가 붕괴하지 않고 규칙적으로 배열되어 결정구조를 실현하는 것, 그 결정구조가 거시적인 물질을 형성하고 형태를 갖추는 것은 모두 이런 양자 효과 덕분이다. 뿐만 아니라 생물의 세포막이 구조적 안정성을 갖추고 생명을 유지하는 것, 열을 받은 금속이 금방 구부러지고 유리가 투명한 이유, 시간이 끊임없이 흐르는 이유, 태양계 행성들의 탄생 같은 우주적인 규모의 현상들도 다 양자 효과와 결부시켜 설명할 수 있다.
책의 1부 ‘양자론의 수수께끼’에서는 고전물리학으로는 설명할 수 없는 물리현상의 사례를 들면서 양자론의 등장 배경을 설명한다.
뉴턴역학을 바탕으로 하는 고전물리학에 따르면, 인접한 두 입자는 서로 끌어당기거나 멀어진다. 뉴턴 운동방정식에는 두 입자의 간격을 일정하게 유지하는 메커니즘이 없으며, 따라서 원자핵과 이를 둘러싼 전자가 합체하지 않고 안정적인 상태가 되는 일은 있을 수 없다. 전자기장과의 상호작용으로 에너지를 잃은 전자는, 대기와의 마찰로 에너지를 잃은 인공위성이 궤도를 벗어나 지구로 추락하듯 원자핵을 향해 떨어진다. 원자핵과 전자가 달라붙으면 전기적으로 중성인 덩어리를 형성하면서 물질은 붕괴한다. 아예 형태라는 것을 갖출 수가 없는 것이다. 이처럼 기존 역학으로는 설명할 수 없는 현상에 대해 ‘혹시 전자 같은 물질의 구성 요소는 입자와는 다른 게 아닐까?’라는 발상의 비약으로 등장한 것이 바로 양자론이다.
2부 ‘양자론의 두 계보’에서는 양자역학계의 주류로 평가받아 온
