양자 텔레포테이션으로 인간을 전송할 수 있을까?

상자 속 고양이부터 블랙홀까지!

상식을 뒤집는, 그래서 더 재미있는 양자역학 이야기

양자는 서로 떨어진 두 장소에 동시에 존재할 수 있다는, 인류의 상식을 초월한 수수께끼의 존재이다. 그 유명한 아인슈타인조차 양자의 성질을 인정하지 못했을 정도였다. 하지만 양자역학이 고전 물리학의 판도를 뒤엎고, 반도체, 레이저, 초전도, 양자 컴퓨터 등 수많은 기술을 탄생시켰다는 점에서 오늘날 중요한 학문임은 부정할 수 없다.

『양자 텔레포테이션으로 인간을 전송할 수 있을까?』는 세계와 미래를 바꾼 신비한 양자역학을 기초부터 재미있게 이해할 수 있는 입문서이다. 양자의 기본을 비롯해 양자 텔레포테이션, 양자역학을 활용한 기술, 양자역학을 둘러싼 과학계의 스캔들 등을 그림과 함께 친절하게 해설했다. 이 한 권으로 세상에서 가장 이상하고도 놀라운 학문인 양자역학의 매력에 풍덩 빠져보자!

지은이 : 후타마세 도시후미

1953년 홋카이도 출생. 교토대학 이학부를 졸업하고 영국 웨일스대학교 소속 카디프대학교 응용수학·천문학부 박사 과정을 수료했다. 독일 막스 플랑크 천체물리학 연구소, 미국 워싱턴대학교 연구원, 도호쿠대학원 교수, 교토산업대학 교수를 역임했고, 현재 도호쿠대학 명예교수로 활동하고 있다. 전공은 일반 상대성 이론과 우주론이다.

주요 저서로는 『Mr. 아인슈타인, 시간 여행에 도전하다』(국내 출간), 『우주와 천체의 원리를 그림으로 쉽게 풀이한 천문학 사전』(국내 출간), 『진짜 재미있다! 신판 우주 용어 도감』, 『기초부터 배우는 우주 과학: 현대 천문학으로의 초대』, 『블랙홀: 우주 최대의 수수께끼는 어디까지 밝혀졌을까?』 등 다수가 있다.

옮긴이 : 정한뉘

한양대학교 분자생명과학과 졸업. 생명과학을 전공하여 연구자의 길을 걷던 중 오랜 꿈이었던 일본어 번역가의 길을 포기할 수 없어 번역의 세계로 뛰어들었다. 책 한 권 한 권에 담긴 세상을 독자들에게 널리 알리고 싶다는 마음을 잊지 않고자 ‘한뉘(넓은 세상)’라는 필명을 지었다. 바른번역 글밥 아카데미 일본어 출판번역가 과정을 수료한 후 현재 각종 일서 검토·기획을 맡고 있다. 주요 역서로 『한 권으로 이해하는 독과 약의 과학』, 『한 권으로 읽는 과학 노벨상』, 『오늘도 화학』, 『세상을 뒤집은 과학기술의 역사』 등이 있다.

지은이의 말

Introduction_간단하게 훑어보는 양자역학

1장. 아브라카다브라! 신비한 양자의 세계

미시 세계의 주민은 모두 양자 / 흰색일 수도 있고 검은색일 수도 있는 수수께끼의 양자 오셀로 / 확률이 공존하는 중첩 상태는 아닐까? / 오셀로로 알아보는 양자 얽힘의 모순: EPR 역설 / 동시성의 상대성 vs 동시성의 절대성 / 정보의 이동 속도는 광속보다 빠를까? / 상식과 동떨어진 양자의 세계 / 양자 텔레포테이션으로 순간 이동을 할 수 있을까? / 무엇이 전송될까? 전송된 물질은 진짜일까? / 양자 텔레포테이션 실용화까지 앞으로 한 발짝 / 인간을 텔레포테이션하려면?

2장. 미시 세계의 문이 열리다

용광로는 정확히 몇 도일까? / 19세기 물리학자들의 고민 / 빛 에너지는 불연속적이다: 양자의 존재를 예언한 플랑크 / 세계의 법칙을 지배하는 세 숫자: 플랑크 상수, 광속, 뉴턴의 중력 상수 / 빛은 파동이다: 발상을 바꾼 맥스웰 / 빛은 입자이다: 아인슈타인의 광양자 가설 / 빛은 파동인 동시에 입자이다 / 전자도 입자인 동시에 파동이다: 드 브로이 가설 / 전자가 원자핵 주위에 존재하는 이유: 보어의 원자 모형과 양자 조건 / 파동의 형태로 원자핵 주위를 도는 전자 / 두 방정식 중 올바른 식은?: 하이젠베르크와 슈뢰딩거 / 관측한 순간에 양자의 파동이 수축한다고?: 슈뢰딩거의 주장 / 전자가 그 자리에서 발견될 확률을 나타낸 파동 함수: 보른의 주장 / 실체가 없어 순식간에 붕괴해도 문제없는 파동 함수 / 정확한 원리를 몰라도 결과가 도출되는 코펜하겐 해석

3장. 양자역학의 미스터리

쉽게 이해하는 이중 슬릿 실험 / 빛의 간섭을 증명하는 간섭무늬 / 전자가 하나씩 떨어져 있어도 나타나는 간섭무늬 / 아인슈타인-보어 논쟁: 간섭무늬와 관측은 양립할 수 있는가? / 미시 세계와 거시 세계의 경계는? / EPR 역설 역시 주목받지 못하고…… / 사고 실험 ‘슈뢰딩거의 고양이’: 삶과 죽음의 중첩 상태 / 중첩 상태가 붕괴하는 양자 결어긋남의 원리는 여전히 수수께끼

4장. 양자역학, 증명 완료!

아직 발견되지 않은 ‘숨은 변수’가 있는 게 아닐까? / 덧셈과 뺄셈으로 이해하는 벨 부등식: CHSH 부등식 / 벨 부등식의 위배를 증명한 아스페의 실험 / 부등식에 숨어 있던 암묵적 전제

5장. 핵융합 스캔들과 초전도 열풍: 양자의 빛과 어둠

양자역학으로 이해하는 핵분열과 핵융합 / 태양은 무엇을 ‘태워서’ 에너지를 만들까? / 태양의 핵융합이 가능한 이유는 터널링 효과 때문 / 꿈의 에너지, 핵융합로 / 국제 핵융합 실험로 ITER 계획 / 20세기 최대의 과학 스캔들, 상온 핵융합 / 송전 손실을 최소화하는 초전도체 / 금속은 왜 저온에서 초전도 상태가 될까? / 양자역학으로 해석한 쿠퍼 쌍과 초전도 현상 / 전 세계를 떠들썩하게 한 고온 초전도체 / 노벨상 수상이 유력했던 신예 연구자 쇤의 사기극

6장. 양자의 시대가 온다: 양자 컴퓨터와 암호

컴퓨터의 초창기 역사 / 슈퍼컴퓨터로도 풀기 힘든 외판원 순회 문제와 소인수분해 / 양자 3형제: 파인만, 도이치, 에버렛 / 거시적 관측은 중첩 상태를 붕괴시킨다: 코펜하겐 해석 / 우리가 사는 우주가 무수히 분기한다: 에버렛의 다세계 해석 / 우주의 시작점에서는 성립하지 않는 코펜하겐 해석 / 양자 컴퓨터의 기초, 2진법 / 종언을 맞이한 무어의 법칙: 성능 향상의 한계 / 다중 우주의 양자 컴퓨터가 계산을 돕고 있다고? / 양자 게이트로 좁힌 정답 후보 / 소인수분해를 이용한 RSA 암호의 위기 / 양자 암호의 시대가 온다 / 조합 최적화 문제 해결에 적합한 양자 어닐링 / 양자 컴퓨터의 현 상황 ①: 어떤 방식으로 큐비트를 구현할까? / 양자 컴퓨터의 현 상황 ②: 실용화에는 오류 정정 기술의 발전이 필수

7장. 블랙홀을 양자역학으로 규명하다

상대성 이론으로 고찰한 블랙홀: 공간 자체가 낙하하다 / 태양보다 100억 배 큰 초대질량 블랙홀 / 서로 닮은 두 물리 법칙: 블랙홀 역학 제2 법칙과 엔트로피 증가 법칙 / 엔트로피의 정체는 거시 상태에 대응하는 미시 상태의 수 / 블랙홀의 엔트로피 = 알 수 없는 미시 상태의 정보량 / 양자를 공간에 퍼져 있는 장의 진동으로 해석하는 양자장론 / 진공 요동(영점 진동) / 진공에서 끊임없이 일어나는 쌍생성과 쌍소멸 / 진공에서 생겼다가 사라지는 양자 얽힘 / 광자의 쌍생성으로 블랙홀이 증발한다: 호킹 복사 / 블랙홀 정보 역설: 정보의 소실 / 양자 얽힘을 완벽하게 관측하면 정보가 사라지지 않는다 / 초끈 이론: 양자 중력 이론의 유력 후보 / 초끈 이론으로 해석한 블랙홀의 엔트로피 / 중력이 중력 이외의 힘과 동등하다고?: 말다세나 추론 / 블랙홀 내부는 웜홀의 입구: 섬 가설

8장. 양자 얽힘이 시공간을 만든다

통조림 수프로 이해하는 말다세나 추론 / 공간과 양자 얽힘의 관계: 류-다카야나기 공식 / 양자 얽힘이 공간을 만든다고?: 공간의 창발 / ‘장’을 매개로 작용하는 힘: 일반 상대성 이론 복습 ① / 시공간을 왜곡하는 원인은 물질: 일반 상대성 이론 복습 ② / 아인슈타인-로젠 다리(=웜홀) / ER=EPR의 의미 / 중력이 양자 얽힘으로 만들어진다고? / 양자 컴퓨터로 밝힌 양자와 시공간의 연결고리

찾아보기