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세상을 만들어 내는 질서이자 우주를 조율하는 과학,
양자론의 모든 것을 이야기하다

세상을 구성하는 최소 단위인 ‘양자(quantum, 量子)’란 과연 무엇인지, 그리고 그것이 어떻게 우리가 사는 세상을 만들어 내는지를 명쾌하게 설명해 주는 교양과학 도서 《모든 것에 양자가 있다: 우리의 일상을 이루는 양자역학의 모든 것》(원제: 量子で?み解く生命?宇宙?時間)이 문학수첩에서 출간되었다. 도쿄대학교에서 소립자론을 전공한 저자 요시다 노부오 박사는 이 책에서 ‘전자는 입자이자 파동’이라거나 ‘양자론은 애초에 인간이 이해할 수 없는 것’이라는 모호한 입장을 거부하고 ‘원자는 사실은 파동’이라는 결론에서 출발해 양자를 둘러싼 온갖 의문에 답한다.

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 방법이 가진 한계
전자와 광자는 파동이다
불확정성이란 무엇인가?
소립자는 장에서 생겨난다
파동은 어디에서 생겨나고 있는가?
양자장론은 왜 받아들여지지 않았는가?
저주받은 물리학자 요르단

제3부 양자론을 상식의 범위 안으로 되돌린다

제7장 슈뢰딩거의 고양이와 양자 컴퓨터
슈뢰딩거의 고양이란?
살아있으면서 죽은 고양이는 없다
중첩이 유지되는 경우
실현 가능한 ‘고양이 상태’
고전적 컴퓨터의 구조
양자 컴퓨터는 고양이 상태를 이용한다
정답률 0.2퍼센트로부터의 도전
또 하나의 양자 컴퓨터
제8장 역사는 분기하는가?
‘어느 쪽을 통과했는가?’ 실험
슬릿판이 움직이도록 하면……
정말로 보어 진영이 승리했을까?
입자성과 파동성은 배타적인가?
인간의 관측은 필요한가?
실제로 어느 쪽을 통과했는가?
간섭하는 과정은 하나의 ‘역사’다
간섭하지 않는 역사라면 분기하는가?
양자론으로 ‘역사’를 이야기한다
제9장 멀리 떨어져 있는데 얽혀있다?
양자 얽힘이란 무엇인가?
빛을 사용해서 양자 얽힘을 조사하다
관측 결과가 서로 영향을 끼친다?
집계했을 때 비로소 알게 되는 것
양자 얽힘은 텔레파시가 아니다
벨의 부등식
해답이 발견되지 않는 문제와 그 의미
후기_진정한 양자론
주석