우리집 강아지에게 양자역학 가르치기

추천사_선입견 없이 세상과 마주하기
머리말_강아지에게 물리학을 설명하는 이유: 양자물리학 소개

제1장_어떤 길? 양쪽 모두: 입자-파동 이중성
우리 주위의 입자와 파동: 고전 물리학 | 일상에서의 파동: 빛과 소리 | 양자의 탄생: 입자로서의 빛 | 간섭하는 전자들: 파동으로서의 입자 | 모든 것이 파동으로 만들어진다: 분자들의 간섭

제2장_내 뼈는 어디에 있을까?: 하이젠베르크의 불확정성 원리
하이젠베르크의 미시 세계: 반半고전적 논증 | 양자 입자 만들기: 확률 파동 | 현실의 한계: 불확정성 원리 | 불확정성의 증거: 영점 에너지

제3장_슈뢰딩거의 강아지: 코펜하겐 해석
파동함수가 무엇일까? 양자역학의 해석 | 중첩과 편광: 보기 | 광자 측정을 되돌리기: 양자 지우개 | 보는 것이 전부이다: 코펜하겐 해석

제4장_다중 세계, 다중 과자: 다중 세계 해석
그리고 측정이 이루어진다: 코펜하겐의 문제 | 붕괴는 없다: 휴 에버렛의 다중 세계 해석 | 파동함수가 흩어진다: 결어긋남 | 환경의 영향: 결어긋남과 측정 | 실제 세상: 결어긋남 현상과 해석

제5장_아직도 거기에 있나요?: 양자 제논 효과
여기서 꼼짝도 할 수 없다: 제논의 역설 | 지켜보는 솥과 측정된 원자: 양자 제논 효과 | 쳐다보지 않고 측정하기: 양자 심문

제6장_더 이상 파고들어 갈 이유가 없다: 양자 터널 현상
일을 할 수 있는 능력: 에너지 | 되돌아오는 파동함수 따라가기: 양자 공 | 그곳에도 없다: 장애물 통과와 터널 현상 | 하나의 원자를 알아보기: 주사 터널 현미경

제7장_멀리서 놀라서 짖기: 양자 얽힘
잠자는 강아지들이 서로를 속이기: 얽힘과 상관 | 양자역학은 불완전한가?: EPR 논쟁 | “모른다”와 “알 수 없다”: 국소적 숨은 변수 | 논쟁의 해결: 벨 정리 | EPR의 선택: 국소적 숨은 변수의 예측 | 보어의 선택: 양자역학적 예측 | 실험실 시험과 빈틈: 아스페 실험

제8장_나에게 토끼를 쏘아 보내라: 양자 공간이동
원격 복사: 고전적인 ‘공간이동’ | 복제 불가: 양자 한계 | 마술 나침반: 양자 공간이동에 대한 고전적 비유 | 나에게 광자를 쏘아보내라: 양자 공간이동 | 도나우를 건너는 공간이동: 실험적 증명 | 무엇을 위한 것인가?: 공간이동의 응용

제9장_치즈 토끼: 가상 입자와 양자 전기동력학
수를 세는 데에는 시간이 걸린다: 에너지-시간 불확정성 | 인간이 멀어질 때…: 가상 입자 | 모든 그림에는 이야기가 담겨 있다: 파인만 도형과 QED | 역사상 가장 정밀하게 시험된 이론: QED의 실험적 확인

제10장_악령 같은 다람쥐도 있다: 양자물리학의 오용
공짜 “양자” 점심: 자유 에너지 | 건강을 지키는 길: “양자 치료” | 얽힘을 통한 유령 치료: “원격 치료” | 악령 다람쥐를 경계하라: 양자물리학은 마술이 아니다

감사의 글
역자 후기_양자역학 1OO년, 일상에 녹아든 미시 세계의 신비
추천 도서 | 중요한 용어 | 인명 색인

양자역학이 없었다면 현대의 생활은 불가능했을 것이다. 예를 들어서 전자의 양자역학적 본질을 이해하지 못했다면 오늘날 컴퓨터를 작동하게 해주는 반도체 칩은 만들 수도 없었을 것이다. 빛과 원자의 양자적 본질을 이해하지 못했더라면 광섬유 통신선을 통해서 신호를 보내는 레이저도 만들 수 없었을 것이다.
양자 이론이 과학에 미친 영향은 단순한 실용적 수준을 넘어선다. 양자 이론은 물리학자들에게 철학 문제에도 도전할 수 있도록 해주기도 했다. 양자물리학은 우주와 우주에 존재하는 모든 물질의 성질에 대해 우리가 알아낼 수 있는 한계를 밝혀내 주었다. 그 덕분에 우리는 존재의 본질에 대해서 가장 근원적인 수준에서 완전한 재검토를 할 수 있었다.
- 머리말: 강아지에게 물리학을 설명하는 이유 - 양자물리학 소개

우리는 일상생활에서 빛과 소리라는 두 종류의 대표적인 파동을 경험한다. 두 가지가 모두 파동 현상이지만, 전혀 다른 특성을 가지고 있다. 그런 차이를 자세하게 이해하면 개가 나무의 양쪽을 동시에 통과할 수 없는 이유를 이해하는 데에 약간의 빛(동음이의어를 양해해주기 바람)이 된다.
소리의 파동은 공기 중에서 전파되는 압력파이다. 강아지가 짖으면, 강아지의 입을 통해서 강제로 밀려나온 공기가 모든 방향으로 진행하는 진동을 만들어낸다. 그런 진동이 다른 강아지에게 도달하면, 소리의 파동이 강아지의 고막을 진동하게 만들고, 그것이 뇌에서 소리로 인식하는 신호로 변환된다. 두 번째 강아지가 짖기 시작하면 더 많은 파동이 만들어져서 근처에 있는 사람들을 성가시게 만든다.
- 제1장. 어떤 길? 양쪽 모두: 입자-파동 이중성

양자역학의 철학적 문제는 대부분 이론의 “해석(interpretation)”에 대한 것이다. 그런 문제는 양자역학에서만 나타나는 것이다. 실제로 고전 물리학에서는 별도의 해석이 필요하지 않다. 물체의 위치, 속도, 가속도를 예측하는 고전 물리학에서는 그런 양이 무엇을 뜻하고, 어떻게 측정하는지가 정확하게 알려져 있다. 이론과 우리가 관찰하는 현실 사이에도 직접적이고 직관적인 관계가 밝혀져 있다.
그러나 양자역학은 그렇지 않다. 이론을 지배하고, 파동함수를 계산해주고, 행동을 예측해주는 수학적 방정식이 있지만, 파동함수가 무엇을 뜻하는지는 분명하지 않다. 우리가 계산하는 파동함수를 실험에서 측정하는 양과 연결하기 위해서는 추가적인 설명이라고 해야 하는 “해석”이 필요하다.
- 제3장. 슈뢰딩거의 강아지: 코펜하겐 해석