아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 슈뢰딩거… 양자역학의 탄생과 발전을 둘러싼 당대 천재 물리학자들의 치열한 논쟁의 순간들을 추적하다

2025년은 유네스코가 선포한 세계 양자과학기술의 해이다. 하이젠베르크가 양자 이론을 행렬역학으로 정리한 지 100주년이 되는 해이며, 반도체와 레이저 등 물질과 정보통신기술 하드웨어 분야에 양자물리학이 일궈낸 1차 양자혁명을 기념하면서, 한편으로는 양자컴퓨터, 양자통신, 양자센싱 등 현재 진행 중인 2차 양자혁명이 앞으로 100년 동안 인류에게 가져올 풍요에 대한 기대를 담아 그러한 선포를 한 것이다.

1925년부터 1927년까지의 시간은 현대 물리학 역사에서 결정적인 순간이었다. 1925년 여름, 하이젠베르크는 북해의 외딴 섬 헬골란트에서 양자역학의 첫 번째 형태인 행렬역학을 창안했고, 이듬해 슈뢰딩거는 파동방정식을 발표하여 또 다른 이론 체계를 제시했다. 1927년 하이젠베르크의 불확정성 원리가 더해지면서 양자역학은 본격적인 기초를 갖추게 된다. 이어 1927년부터 1932년 사이 불과 5년 동안 양자역학은 눈부시게 발전하며 현대 물리학의 근간을 형성했다.

이후 양자역학은 단순한 학문적 성취를 넘어 인류 문명을 지탱하는 힘으로 자리 잡았다. 오늘날 세계 경제의 3분의 1 이상이 양자역학을 토대로 한 과학기술에 의존한다고 해도 과언이 아니다. 트랜지스터의 발명, 레이저, 자기공명영상(MRI)과 같은 기술은 모두 양자 이론에서 비롯된 성과다. 그리고 21세기, 세계 강대국의 경쟁은 과학과 기술을 둘러싼 새로운 패권 경쟁으로 이어지고 있으며, 그 최전선에는 양자 정보과학기술이 자리하고 있다.

이 책은 ‘솔베이 물리학 회의’를 중심으로, 양자역학이 태동하고 발전해 온 여정을 치밀하게 복원한 지식교양서다. 1911년 제1차 회의부터 1939년 제8차 회의까지, 아인슈타인, 보어, 플랑크, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 디랙 등 당대 최고의 천재들이 한자리에 모여 벌였던 치열한 논쟁을 생생히 그려내며, 그들의 사유가 어떻게 현대 물리학과 양자정보과학의 기초를 다졌는지 탐구한다.
특히 저자는 솔베이 회의의 공식 회의록과 물리학자들 사이의 편지를 인용하여 독자로 하여금 마치 그 자리에 함께 앉아 있는 듯한 몰입감을 선사한다. 단순한 과학사 서술을 넘어, 과학자들의 인간적 고뇌와 시대의 지적 긴장을 드라마틱하게 보여준다.

21세기의 양자정보과학은 새로운 세대의 도전을 요구한다. 양자역학의 역사가 보여주듯, 미지의 영역은 언제나 과감하고 열린 사고를 필요로 한다. 저자는, 쉽지 않은 내용을 다루지만 가능한 한 일반인들이 이해할 수 있는 방식으로 서술했다고 말한다. 특히 이 책이 미래의 과학자와 청소년 독자들에게 양자정보과학과 기술에 대한 탐구의 동기와 영감을 줄 수 있기를 바란다는 희망도 덧붙였다.

주요 내용

제1장에서는 20세기 초, 전환기를 맞은 물리학의 풍경을 살펴본다. 양자 물리학의 태동과 함께 현대 물리학의 또 다른 축인 아인슈타인의 상대성이론의 성립 과정을 조망하며, 새로운 개념의 등장을 요구하던 시기의 과학자들의 모습을 보여준다.

제2장에서 제4장까지는 1910년 전후로 양자 개념이 어떻게 받아들여졌는지, 원자보다 작은 미시 세계의 구조를 설명하는 데 어떻게 적용되었는지를 다룬다. 보어의 원자 모형과 고전 양자론을 중심으로, 솔베이 회의라는 특별한 학술 무대를 통해 물리학자들의 논의와 충돌을 담아낸다.

제5장에서 제7장은 양자역학이 정립되는 과정에서 벌어진 치열한 경쟁과 관점의 대립을 조명한다. 특히 젊은 물리학자들의 창의적인 이론과 이를 둘러싼 해석 논쟁, 그리고 보어와 아인슈타인 사이의 유명한 양자 대논쟁을 상세히 다룬다. 이 논쟁은 단순한 과거의 사건이 아니라 오늘날 양자 정보과학기술의 뿌리가 되었다.

마지막 제8장에서는 오늘날 뜨거운 관심의 대상이 된 양자 얽힘과 그것을 둘러싼 논쟁의 핵심 내용을 다룬다. 오랫동안 철학적 사유의 대상에 머물렀던 양자 얽힘이 실험으로 검증되면서 양자정보과학이라는 새로운 학문과 기술의 영역이 열리게 되었음을 살펴본다.