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물질의 물리학 | 북리뷰 2020-10-22 20:27
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[도서]물질의 물리학

한정훈 저
김영사 | 2020년 09월

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물질의 물리학 


요즘 들어 어려운 과학을 일반인들이 쉽고 재밌게 읽을 수 있게 만든 대중 과학책들이 많이 나오고 있어서 반갑게 읽고 있다. 이 책도 그 중에 한 권이지만 단연 돋보이는 이유는 여태까지 난이도가 높아서 일반인들이 접하기 힘들었던 꼬인 원자, 양자 홀 물질, 그래핀, 양자 자석, 위상 물질 같은 물질 이론을 다루었다는 점이다. 


이 책의 저자 한정훈 교수의 설명도 빠뜨릴 수 없는데 양자 자성체와 양자 스핀계 이론을 주로 연구하며 다강체 이론, 스커미온 이론, 양자 스핀계의 수송 이론 등에서 독보적인 연구 업적이 있다. 그는 나만의 이야기가 있을 때, 그걸 사적인 자리에서 혹은 사회관계망에서 친구들, 동료들과 공유하는 것만으로는 뭔가 아쉬움이 남을 때, 심지어 이 말만은 꼭 하고 죽겠다는 각오마저 들게 하는 그런 이야깃거리가 있을 때, ‘저술가’라는 부류의 인간이 탄생하는데 그도 인생을 한 걸음 더 나아가기 전에 정리해서 남겨놓고 싶은 이야기가 물질의 이야기라고 한다.


저자는 꾸준한 대중 강연과 글쓰기 경험을 바탕으로, 어려운 물리학 이론들을 수학적 해설 없이 탁월한 스토리텔링과 비유를 곁들여 직관적이면서도 자세한 설명으로 현대물리학의 큰 흐름을 가르쳐 준다. 책을 읽다보면 학창시절 물리학은 정말 50년도 넘은 고리타분한 얘기였단걸 알게되고 물리한의 첨예한 최신 트렌드를 이 책에서 맛 볼 수 있다. 


우리는 은연중에 물질이라고 하면 직접 보고 만지고 느낄 수 있는 대상이라고 생각한다. 물질은 너비와 길이와 높이가 있는, 3차원적인 어떤 대상이어야 한다는 편견이 있다. 현대의 물질 과학은 이런 (일상적인 경험에 근거한) 편견을 20세기 후반 들어서 극복해버렸다. 물질에는 2차원 물질, 1차원 물질도 있다.


저자의 멋진 비유 중에 인상적이었던 대목을 발췌해본다면 


과학이라는 행위는 어떤 근사한 가설 하나를 줄에 묶어 천장에 매달아놓고, 그 아래 부엌에서 과학자들이 그 가설의 옳고 그름을 검증하려고 이런저런 실험과 계산을 해보는 모습에 비유할 수 있다. 그 가설이 옳다는 쪽으로 결론이 나면 줄은 아래로 내려오고, 주방에서 일하는 사람이라면 누구나 그 가설을 가까이 만지고, 냄새 맡을 수 있게 된다. 


어떤 호텔이 있다. 이름은 파울리 호텔이라고 한다. 이 호텔에는 독특한, 절대 어길 수 없는 규칙이 하나 있다. 어떤 방이든 각 방에는 남자도 한 명, 여자도 한 명까지만 들어갈 수 있다는 규칙이다. 텅 빈 방, 남자 혼자 투숙한 방, 여자 혼자 투숙한 방, 남녀 한 쌍이 투숙한 방은 있지만 남자 둘, 여자 둘이 같은 방에 들어오는 건 절대 허용되지 않는다. 세상에 어떤 호텔이, 무슨 이유로 이런 묘한 규칙을 요구할까?


맨처음 저자는 최초의 물질 이론이라는 4원소설과 양자역학적 물질관을 비교한다. 그리고 나서 최신 물리학의 개념들을 차례차례 소개해준다. 꼬인 원자부터 물질을 호텔에 비유하여 양자역학적으로 물질을 구분하는 파울리 호텔, 차가워야 양자답다는 저온 물리학, 빛도 물질이라는 자각을 통해 비로소 양자역학의 토대가 놓이게 된 스토리, 양자 홀 물질, 대표적인 2차원 물질인 그래핀, 양자 자석에 대해 설명하고 마지막에는 현재 진행 중인 첨단 양자 물질 물리학 분야를 소개한다.


출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다




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