아인슈타인이 알았더라면

100년 전 천재들의 거대한 사고실험은

어떻게 미래를 바꿀 첨단 기술이 되었는가!

세계가 주목한 ‘양자 얽힘’의 미스터리에 종지부를 찍은

2022년 노벨 물리학상 수상자 알랭 아스페의 생생한 증언

“혹시 정규직인가요?”

1975년 봄, 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN). 한 젊은 물리학자가 자신이 구상한 실험을 설명하자, 존 벨이 던진 첫마디는 뜻밖에도 그의 고용 상태를 묻는 것이었다. 양자역학의 기초를 실험으로 검증하겠다는 것은 당시 물리학계에서 괴짜로 몰리기 쉬운 위험한 주제였고, 안정된 자리가 없는 젊은 연구자에게는 경력을 거는 일이었다. 그로부터 47년 뒤, 그 젊은이가 바로 그 실험으로 노벨 물리학상을 받았다. 이 책의 저자 알랭 아스페다.

아스페가 평생 매달린 질문의 뿌리는 1935년으로 거슬러 올라간다. 그해 아인슈타인은 포돌스키, 로젠과 함께 짧은 논문 한 편을 발표하며 물었다.

“서로 멀리 떨어진 두 입자가 하나로 묶여, 한쪽을 측정하는 순간 다른 쪽의 상태까지 정해진다면, 양자역학은 자연을 완전하게 기술하는 이론인가, 아니면 그 뒤에 더 깊은 실재가 숨어 있는가.”

아인슈타인에게 이 ‘유령 같은 원격 작용’은 양자역학이 아직 미완성임을 보여주는 증거였다. 그러나 그가 문제 삼은 바로 그 현상은 훗날 ‘양자 얽힘’이라는 이름으로 불리며, 양자물리학에서 가장 깊고 신비로운 성질로 자리 잡는다.

오랫동안 이 질문은 철학의 영역에 머물렀다. 그것을 실험으로 판별할 수 있는 형태로 바꾼 사람이 존 벨이고, 실험실에서 실제로 답한 사람이 아스페다. 1982년, 그는 얽힌 광자쌍으로 벨 부등식이 위반됨을 확증하며 보어와 아인슈타인이 시작한 반세기의 논쟁에 실험으로 답했고, 그 공로로 2022년 노벨 물리학상을 받았다.

《아인슈타인이 알았더라면》은 양자물리학 100년의 이야기를, 실험으로 완성한 아스페가 일인칭으로 들려주는 책이다. 흑체복사와 막스 플랑크에서 시작해, 솔베이 회의에서 벌어진 보어와 아인슈타인의 논쟁, EPR 논증, 존 벨의 정리, 최초의 실험들, 그리고 저자 자신의 결정적 실험을 지나, 오늘의 양자컴퓨터와 양자 암호에 이른다. 추상적인 개념 논쟁이 어떻게 검증 가능한 물리적 질문이 되고 다시 미래의 기술이 되었는지가 한 흐름으로 드러난다. 마지막 장의 제목 ‘만약 아인슈타인이 알았더라면’은 이 책의 원제이기도 하다.

지은이 : 알랭 아스페

2022년 노벨 물리학상 수상자. 얽힌 광자를 이용한 실험으로 벨 부등식의 위반을 증명하고, 양자 정보 과학을 개척한 공로를 인정받았다. 현재 프랑스 파리-사클레 대학교 광학연구소(Institut d’Optique) 및 에콜 폴리테크니크(École polytechnique) 교수이며, 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 명예 책임연구원이다. 2022년 노벨 물리학상, 2013년 발찬상·닐스 보어 메달, 2012년 아인슈타인 메달, 2010년 울프상, 2005년 CNRS 금메달을 받았다.

옮긴이 : 손윤지

이화여자대학교 통역번역대학원에서 한불전공 석사학위를 마치고 박사과정을 수료했다. 현재 바른번역 소속 번역가로 활동 중이며, 프랑스어와 번역 교육에도 깊은 관심을 갖고 학생들을 가르치고 있다. 옮긴 책으로는 《우연과 과학이 만난 놀라운 순간》, 《처음 떠나는 시공간 여행》, 《처음 떠나는 양자역학 여행 》, 《돼지들》, 《나의 영원한 파리》 등이 있다.

감수 채은미

고려대 물리학과 교수. 도쿄대 학·석사, 하버드대 물리학박사 취득 후 교토대 박사후연구원, 도쿄대 Photon Science Center 조교수를 거쳤다. 현재 극저온 분자와 레이저를 활용한 양자 기술을 연구하고 있다. 많은 이에게 양자역학과 양자컴퓨터의 세계를 알리고자 대중 과학서 《처음 만나는 양자의 세계》를 펴내는 등 과학을 쉽고 친근하게 전하기 위해 노력하고 있다.

프롤로그

책의 구성

감수의 글 

1장 양자물리학의 개척자, 알베르트 아인슈타인

2장 보어 대 아인슈타인 논쟁 I

3장 보어 대 아인슈타인 논쟁 II

4장 존 벨, 실험의 가능성을 열다

5장 벨 부등식에서 시작한 최초의 실험

6장 쉬프옵티크 광학연구소 I

7장 쉬프옵티크 광학연구소 II

8장 양자 비국소성

에필로그

감사의 말