실험실로 간 양자역학

서문

1장 원자를 보는 고무 콜로이드
2장 니켈이 물리학 혁명을 일으켰을 때
3장 역사상 가장 유명한 양자 엽서
4장 슈뢰딩거의 고양이를 죽이자… 조금씩 괴롭히면서
5장 양자터널은 생각보다 가까이 있다
6장 세상에서 제일 차가운 노벨상
7장 수상할 정도로 아름다운 측정
8장 레이저를 발명하다
9장 의학에서 쓰는 양자역학
10장 슈퍼 원자를 만드는 레시피
11장 석탄과 셀로판테이프, 수많은 노하우

감사의 글
참고문헌

그는 말레이시아 나무에서 채취한 수지인 자황(gamboge)을 선택했다. 전통적인 황색 안료인 자황을 문질러 물에 녹인 그는 현미경으로 이를 관찰했다. 투명하고 앙증맞은 구 형태로 나타난 자황은 사방으로 움직였다. 그는 원심기를 사용해 한 달 동안 이 구형들을 골라냈다. (…) 이제 그에게 남은 일은 다른 높이의 입자 수를 세는 것뿐이었다. 이를 위해 페랭은 수평으로 돌아가는 현미경을 사용했다. 하지만 입자는 너무나도 많았고 끊임없이 움직였다. 게다가 입자를 사진으로 찍기란 불가능했다. 빛이 충분하지 않았기 때문이다. 그러자 페랭은 약간의 입자를 시각적으로 분리하는 데 사용할 일종의 조리개로서 아주 작은 구멍을 뚫은 판을 배치할 아이디어를 떠올렸다. 그는 셔터의 도움으로 일정한 간격을 두고 입자의 수를 볼 수 있었다. 그리고 입자의 수를 세기 시작했다. (…) 인내와 시간이 필요한 이 꾸준한 작업 덕분에 마침내 그는 아보가드로수에 접근할 수 있었다.
―〈원자를 보는 고무 콜로이드〉 중에서

전자를 통해 니켈에 충격을 가함으로써 그는 잘 정렬된 니켈 원자의 배열에 작은 포탄을 던졌다고 생각했다. 하지만 실제로는 전자들이 파동처럼 움직였다. 이 파동들 중 하나는 원자를 만났을 때 단순히 당구공처럼 튀지 않고 회절이 발생했다. 이는 광학의 세계에서는 잘 알려진 현상이다. X선과 같은 단파장 빛을 빽빽이 들어찬 원자에 발사하면 측정 화면의 특정한 위치에서만 간섭 피크(interference peak)가 관찰된다. 간섭 피크의 위치는 원자의 위치와는 아무 관련이 없고 오히려 원자의 구성과 관련이 있다. 데이비슨은 계산했다. 전자의 속도에서부터 그는 λ를 찾아내 이 간섭 피크가 어디서 보여야 하는지 추론할 수 있었다. 빙고! 이는 측정값과 부합했다. 데이비슨은 인지하지 못했지만 전자가 파동처럼 움직인다고 증명한 것이다. 그는 파동-입자 이중성을 증명한 최초의 사람이 되었다.
―〈니켈이 물리학 혁명을 일으켰을 때〉 중에서