1. 도서 선정 배경과 의미

20세기 들어서면서 등장한 새로운 물리학 체계인 양자역학은 뉴턴역학이라고 하는 고전역학의 적인 물리학자들을 거쳐 과학사상 가장 드라마틱하게 완성되었다. 하지만 양자역학은 예측의 정확성과 더불어 과학기술에 적용하기 용이한 최고의 과학 이론이라 평가받는 한편, 그 속에 숨겨진 깊은 의미에 대해서는 전문가들 사이에 100여 년이 지난 지금까지도 논란의 한계를 극복한 이론으로 플랑크, 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 디랙, 슈뢰딩거 등 천재대상이 되고 있다.

빅데이터가 이끄는 4차 산업혁명 시대에는 확률과 통계 이론을 활용하는 큐비즘적 세계관이 중요하게 대두될 것이고 경제, 기업, 산업 등 전 분야에서 앞으로 큐비즘이 중요한 역할을 하게 될 것이다. 무엇보다 양자역학에 통계역학(베이지어니즘)을 결합한 큐비즘이라는 신개척 분야는 2000년대 이후 시도된 새로운 접근방법으로, 국내에 최초로 소개되는 의미 있는 책이며 큐비즘을 이용해 4차 산업혁명에 대비할 수 있는 길잡이가 되어 줄 것이다.

2. 도서의 주요 내용

(도서의 개요)

저자인 한스 크리스천 폰 베이어는 1938년생으로 미국의 윌리엄앤메리대학 물리학과 명예교수이다. 베이어는 고전물리학, 열역학, 상대성이론, 양자역학 등 물리학 이론을 대중을 위해 쉽게 설명하려고 노력하는 과학 전문 저자다. 그는 대중을 위한 과학 서적 집필로 미국과학진흥협회로부터 과학저널리즘상을 받는 등 과학 대중화에 기여한 공로가 크다.

역자 이억주는 성균관대 물리학과를 졸업하고 동 대학원에서 원자핵물리학을 전공해 석사학위를 받았다. 《어린이과학동아》를 창간하여 초대 편집장을 역임했다. 현재 출판 기획과 과학 칼럼니스트로 활동하고 있다. 쓴 책으로는 『인류가 원하는 또 하나의 태양 핵융합』 등이 있다.

역자 박태선은 서울대학교 물리학과를 졸업하고, 동 대학원 물리학과에서 핵물리학이론 전공으로 박사학위를 취득했다. 현재 성균관대학교 기초과학연구소 수석연구원 및 연구교수로 재직 중이다

『양자역학의 미래 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다』에서는 이러한 양자역학에 대해 전반적으로 소개한 뒤 양자역학에서 아주 중요한 개념인 확률에 대해 이야기한다. 그리고 양자역학의 새로운 해석방법인 큐비즘의 의미와 큐비스트의 세계관에 대한 분석을 통해 양자역학에 대한 네 가지 해석을 소개한다. 양자 베이지어니즘의 약자인 큐비즘은 확률에 대한 새로운 이해를 바탕으로 양자역학의 전통적인 특징을 해석하고, 외부 세계의 영토에 대한 우리 경험을 합리적으로 예측할 단서를 제공한다.우리가 살아갈 4차 산업혁명 시대에 엄청난 영향을 줄 큐비즘이 무엇인지에 대해 어려운 방정식을 동원하지 않고도 이해하기 쉽게 알려주고 있다.

(도서 목차의 서술적 표현 )

책은 4부로 나누어져 있다. 1부 양자역학에서는 양자는 어떻게 탄생했나, 광자, 파동/입자 이중성, 파동함수, 물리학에서 가장 아름다운 실험, 그리고 기적이 일어나다, 양자 불확실성, 가장 간단한 파동함수를 다루고 2부에서는 확률을 골칫거리 확률과 베이즈 목사의 확률로 다루고 있으며 3부에서는 양자 베이지어니즘으로 큐비즘이 명백함을 만든다, 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다, 큐비즘의 기원, 실험실에서의 양자 기묘도, 모든 물리학은 국소적이다, 신뢰와 확신을 다루며, 제 4부에서는 큐비스트의 세계관으로 물리학과 인간의 경험, 자연의 법칙들, 바위가 거꾸로 걷어차다, ‘지금이야!’의 문제, 완벽한 지도?, 우리 앞에 놓인 길을 다루고 있다.

3. 메모해 둘만한 가치가 있는 내용

(아이디어사업화 개발자에게 의미가 있는 지식)

우리는 아인슈타인이 어떻게 그렇게 급진적이고 엄청나게 영향력이 있는 생각을 하게 되었는지 정확하게 모르지만 그는 몇 가지 실마리를 남겨주었다. “생각한다는 것이란 무엇인가?”라고 물으면 아인슈타인은 말이나 방정식으로 시작하지 않는다고 대답했다. 그 대신에 그는 백일몽이나 끼적거리는 낙서, 또는 만화경 속의 색유리 조각들처럼 심상이 서로 얽혀 변화하도록 허용하는 것과 같은 ‘이미지의 자유로운 놀이’와 더불어 시작한다고 대답했다. 심지어 아인슈타인은 이것마저도 생각하는 것이 아니라고 했다. 그러나 이런 장난스러운 이미지들 중에서 어떤 패턴이 계속해서 떠오르면 이는 신선한 발상일 수도 있다. 그리고 마침내 그 발상을 말이나 수학적 기호로 표현할 수 있다면 유레카! 새로운 아이디어가 태어난 것이다. : -1장 양자는 어떻게 탄생했나

불연속적 입자들이 점들을 만들지만 점들로 이루어진 선들은 아직 파동의 결정적 증거를 제공하지는 못한다. 당신은 어깨를 으쓱하고 싶어 할지도 모르고 파도가 H2O(물) 분자라고 하는 수많은 입자로 이루어져 있다는 것을 지적하고 싶어 할지도 모른다. 빛이 파동처럼 또는 입자처럼 행동한다는 것이 뭐 그리 이상한가? 그 미묘함은 타이밍에 있다. 축구 경기장에서 관중의 파도타기 응원처럼 파도는 셀 수 없는 단위로 되어 있고, 연주회에서 연주하듯이 각각은 어떤 식으로든 이웃과 연결되어 있다. 그러나 레이저에서 나오는 광자들은 굉장히 긴 간격을 두고 나오기 때문에 그들은 운동을 조정하거나 연결하거나 연락할 가능성이 없다. 분 단위 대신 시간 단위로 도착해도 결과는 마찬가지다. 축구 경기장에서 눈이 멀고 귀가 먼 수만 명의 관중이 파도타기 응원을, 서로 접촉하지 않으면서, 훌륭하게 해내는 것과도 같다. 그것은 마술이다. 그것은 기묘함이다. : -2장 광자

양자 파동함수의 붕괴는 제멋대로 순간적으로 먼 거리를 커버하는 원격작용이며 뉴턴의 중력처럼 이해하기 힘든 것이다. 하지만 뉴턴의 법칙처럼 납득이 가는 가치를 제공함으로써 파동함수의 붕괴는 과학의 정설로 받아들여지게 되었다 대부분의 물리학자는 중첩, 확률, 파동함수의 붕괴 등을 포함해서 양자역학을 수용한다. “그것이 자연이 행동하는 방식이다!”라고 말하며 그들의 계산과 관측에 이용한다. 비록 증가하고 있지만 그들 중 소수만이 표준 형식에 따라 암시되는 철학적 수수께끼를 진지하게 받아들이고 그것을 해결하려고 노력한다. 이런 용맹한 영혼들의 주된 목표 가운데 하나는 양자역학의 단계 2를 더욱 명확하게 하는 것이고, 파동함수의 붕괴는 그것을 확률에서 확신으로 불가해한 도약을 할 수 있게 하는 것이다. : 6장 그리고 기적이 일어나다

베이즈 법칙은 아주 다른 자료로 얻은 정보를 조합할 수 있는 능력에서 그 위력이 나오는 것을 알 수 있다. 통합의 위업은 빈도확률론자의 방법으로는 얻기가 어렵다. 빈도확률론자의 방법은 동질적인 자료 세트들을 조합하는 데 더 적절한 방법이다. 예에서 보면 사전 확률은 일반 대중을 상대로 한 방대한 통계학적 연구인 반면, 암 검사의 정확성은 통제된 의학적 연구에서 추정 가능하게 측정된 것이다. 베이지언 계산에 수치 자료만 들어가는 것은 아니다. 역사와 직관력도 행위자가 사전 확률을 선택하고 나서 그것을 갱신하는 데 도움을 줄 수도 있다. 100번 연속으로 앞면이 나왔다고 주장한 도박장의 도박사 예에서 확률에 영향을 미치는 추가된 정보와 신선한 가설을 허용하는 실제 생활의 유용성을 강조한다. 그들은 신뢰도로 정의되는 것을 제공한다. : 10장 베이즈 목사의 확률

큐비즘은 문제를 쉽고 우아하게 풀어준다. 어떤 실험에서든간에 계산된 파동함수는 나중에 하게 될 경험에 따른 관측에 대한 사전 확률을 제공한다. 한 번 관측이 이루어지면 즉 입자가 관측되면 탐지기는 감지하고, 스핀의 방향, 위치나 속도 등은 알려지게 된다. 새로운 정보는 실험하는 행위자에게 유효하게 된다. 이 새로운 정보로 행위자가 확률과 파동함수를 순간적으로 그리고 마법 없이 갱신한다. 붕괴는 불가사의를 불러온다. 베이지언 갱신은 이것을 기술하고 결국 잃어버린 단계를 명확하게 해준다. : 11장 큐비즘이 정확성을 만든다

(도서를 대표 할 수 있는 핵심 지식)

양자역학은 천재적인 물리학자들이 과학사상 가장 드라마틱하게 완성했지만 너무 어렵고 물체의 운동을 확률로 설명한다는 모호함 때문에 부정적으로 생각하는 과학자들도 많았다. 사실 양자역학이라는 말조차 일반인에게는 어렵고 비전공자가 재미있게 접하기에는 너무 멀게 느껴진다. 『양자역학의 미래 큐비즘이 슈뢰딩거의 고양이를 구하다』에서는 먼저 과학에서 성공적인 이론의 하나이자 가장 오해받는 이론인 양자역학의 과거, 현재, 미래를 담았다. 과학기술이 적용되는 범위 안에서 예측의 정확성으로 측정된 양자역학을 일반 독자들을 위해 비교적 이해하기 쉽게 풀었다. 양자이론의 역설과 퍼즐에 대한 설명은 물론 우리가 사는 세상을 이해하고 상호작용하는 방식에서 양자역학이 미친 엄청난 영향을 밝히는 전혀 새로운 해석을 제공한다. 그리고 복잡한 방정식이나 수식을 동원하지 않고 직설적인 언어로 일반 물리학에 대한 새로운 접근 방식을 제시하는 수준에서 양자역학의 미래를 명확히 설명한다.

베이지어니즘의 장점은 단일 사건에 적용할 수 있고, 그 확률 측정을 새로운 정보의 취득에 근거해서 업데이트할 수 있으며, 빈도확률의 결과를 쉽게 수용할 수 있다는 것이다. 저자는 양자역학에서 가장 중요한 논란거리인 여러 가지 기묘함 즉, 하나의 원자가 동시에 두 가지 상태에 있을 수 있고, 신호가 빛의 속도보다 더 빠르게 이동할 수 있고, 슈뢰딩거의 고양이가 동시에 죽어 있거나 살아 있다는 것 등을 큐비즘의 시각에서 이해하기 쉽게 풀어낸다.

이 책의 첫 번째 파트로 큐비즘을 이해하는 데 전제가 되는 ‘양자역학’에서는 수학적 측면이 아닌 일반적 이론을 소개한다. 그 의미의 직관적 감각을 끌어내기 위해 저자는 친근한 물체와 일상 경험에 대한 은유와 유추에 의존한다. 다음 파트인 ‘확률’에서는 고등학교에서 가르치듯이 확률의 일반적 ‘빈도확률’과 큐비즘(QBism)에 있는 B를 나타내는 익숙하지 않은 베이지언 확률을 비교해 보여준다. 세 번째 파트로 이 책의 핵심인 ‘양자 베이지어니즘’에서는 큐비즘의 기원과 실험실의 양자 기묘도 등 양자역학과 베이지언 확률이 어떻게 양자 베이지어니즘으로 결합하는지 기술한다.

마지막 파트로 좀 더 철학적인 부분인 ‘큐비즘의 세계관’에서는 큐비즘에서 배워야 할 가장 중요하고, 더 의미가 깊고, 어디든 가지고 나갈 수 있는 교훈을 제시한다. 큐비즘은 과학적 세계관을 이해하기 위한 전통적 태도를 바꾸는 것을 의미한다. ‘자연법칙’의 본성은 무엇일까? 그 법칙이 우주의 진화를 완전히 결정하거나 그것에 자유롭게 영향을 미칠 수 있을까? 부분과 관찰자 둘 다 어떻게 물질세계와 관련되어 있을까? 시간은 무엇일까? 인간 이해의 한계는 어디일까? 이와 같은 다양한 질문에 대해 큐비스트의 관점에서 다룬다. 그리고 마지막으로 큐비즘이 앞으로 어떻게 발전할지를 살펴본다.

저자는 어려운 방정식 없이 구체적인 언어를 사용하여 물리학에 대한 새로운 접근법을 제안하는 상식적인 방법으로 양자역학의 의미를 알기 쉽고 분명하게 설명했다.

큐비즘은 오늘뿐 아니라 내일을 살 우리를 변화시킬 것이다

4. 독서 권장 대상과 적용 방법

미래를 예측하고 대응하는 예비창업자, 기존 경영자, 기획자, 멘토들에게 추천하고 싶은 도서이다. 빅데이터기반의 4차 산업혁명 관련 아이디어를 구상하고 구체화하는데 도움을 준다.

5. 관련 동영상 및 지식

슈뢰딩거의 고양이 역설 : https://opentutorials.org/module/2909/16680

슈뢰딩거의 고양이 : https://www.youtube.com/watch?v=rln3fGN__mk

슈뢰딩거의 고양이https://www.youtube.com/watch?v=39pGNND9ue4