원자 유령을 추적하는 수상한 물리 교실(재미있게 제대로 22)

세상에서 가장 만만한 과학자, 카밀라 이모가 떴다!

우리를 둘러싼 세계가 단숨에 뒤바뀌는 미스터리한 물리 이야기!

"이 세계가 이렇게 이상하게 움직이지 않으면 컴퓨터도 만들 수 없고, 태양도 빛을 낼 수 없어!"



초등학생한테 감히 양자 물리학을? 카밀라 이모한테 맡겨!

원자 속 미시 세계를 다루는 양자 물리학은 어렵습니다. 우리의 감각으로는 미시 세계로 접근하기 어렵기 때문이지요. 천재 물리학자 리처드 파인만조차도 '양자 역학을 이해한 사람이 단 한명도 없다'고 말했을 정도지요. 사실 우리 생활에 이미 깊숙이 들어와 있는 스마트폰, 컴퓨터, 텔레비전 등의 전자 기기들은 모두 양자 물리학을 기반으로 만든 것입니다. 어렵다는 생각에 사람들이 거들떠보지도 않는 사이, 양자 물리학은 아인슈타인의 상대성 이론과 더불어 우리를 둘러싼 세계를 이해하는 데 반드시 필요한 기초 과학이 된지 오래입니다.

《원자 유령을 추적하는 수상한 물리 교실》은 양자 물리학의 핵심 내용을 재미있게 엮은 과학책입니다. 이 책으로 어린이들이 실생활 속에서의 잠재된 탐구심을 일깨우고, 자연을 깊고 풍성하게 이해할 수 있으리라 기대합니다. 수다쟁이 천체 물리학자 카밀라 이모가 양자 물리학의 세계로 어린이 여러분을 초대했어요. 안나와 루카와 함께 수상한 원자 세계를 추적해 볼까요?



한바탕 소동과 왁자지껄 수다가 양자 물리학 개념으로 쏙!

카밀라 이모의 초대에 응하려면 각오를 단단히 해야 합니다. 이모를 만나는 순간부터 헤어지는 순간까지 온갖 소동이 끊이지 않고 일어나거든요. 이모를 찾아온 물리학자 친구들의 수다도 머리를 어지럽히는데 한 몫 합니다. 지구에 있는 사람들을 모두 합치면 물방울 몇 개밖에 안 되고, 빛은 알갱이면서 파동이고, 세상은 불확실한 확률로 가득하고, 셀 수 없이 많은 우주가 있다는 둥, 괴상망측한 이야기를 늘어놓지요. 원자들의 세상이 이렇게 이해할 수 없는 것투성이라니! 조용하던 주인공 아이들의 일상이 뒤죽박죽 엉망진창이 되었습니다.

카밀라 이모와 물리학자 친구들이 벌이는 엉뚱한 소동과 수다는 단순한 해프닝이 아닙니다. 모두 양자 물리학의 핵심 내용과 연결되어 있습니다. 예를 들어 볼까요? 카밀라 이모는 식사 시간에 나타난 생쥐 '햄릿'을 부엌에 가두고는 독약이 든 고기 완자를 먹이로 주었다고 거짓말을 합니다. 안나와 루카가 당장 햄릿을 구하겠다고 나서지만, 이 사건은 양자 물리학의 중요한 내용인 '슈뢰딩거의 고양이' 역설을 설명하기 위한 것이지요. 이처럼 《원자 유령을 추적하는 수상한 물리 교실》은 쉴 새 없이 벌어지는 소동과 수다를 통해 '양자 도약', '확률', '불확정성 원리' 같은 어려운 양자 물리학의 원리를 재미있게 풀어냅니다.



묻고 답하고, 되새김하고 되물으며 키워가는 과학적 사고력

이 책은 천체 물리학자가 직접 썼습니다. 저자는 골치 아픈 수학 공식이나 어려운 개념 대신에, '바닷가의 파도, 우물에 빠진 공 꺼내기, 접붙이기, 널빤지 길이 재기, 주사위 게임' 같은, 아이들이 익히 알고 있는 자연 현상과 놀이를 비유로 들어 양자 물리학의 핵심을 명쾌하게 설명합니다.

또, 책 속의 열두 살 안나와 열 살 루카는 이모와 과학자들이 들려주는 이야기를 듣기만 하지 않습니다. 적극 나서서 묻고, 따지고, 끼어들고, 의심하지요. "그러면 핵은 딱딱한 살구씨 같은 거예요?", "우리가 텅 비어 있다면 왜 이렇게 안고 있어도 합쳐지지 않는 거지?" 안나와 루카와 이름이 같은 두 아이를 두고 있는 작가의 감각 덕분에, 아이들의 질문은 독자들이 궁금할 만한 것들을 꼭 집어냅니다. "무슨 말인지 잘 모르겠는데 왠지 행복한 기분이 들어!" 하고 과학적 사실에 놀라워하거나 "그러니까 핵과 전자 사이는 입자도 없고, 실제로는 텅 비었다는 거네. 그 말은 우리도 비어 있다는 거고. 완전히!" 하고 복잡한 내용을 명쾌하게 정리하는 아이들의 말도 독자들에게 잘 와 닿습니다. 이처럼 주고받는 대화를 통해 독자들은 모르고 지나칠 과학 정보를 되새김하며, 따지고 되묻는 과학적 태도를 자연스럽고 즐겁게 배워 갑니다.

물리학자 친구들이 감초 역할로 등장해 과학자들의 실생활을 낱낱이 보여 주고 코믹하게 그려낸 것도 이 책을 읽는 재미를 더해 주지요. 독자들은 친구들과 수다를 떠는 것처럼 킥킥대다가, 안개처럼 희미하고 우주처럼 까마득한 물리 법칙을 유쾌하고 명쾌하게 배울 수 있습니다.



우리 아이들에게 알려줄 양자 물리학의 첫 단추

'물질이나 자연 현상의 성질과 관계를 연구하는' 물리학은 가장 기본이 되는 과학입니다. 그동안 우리 초?중?고등 과학 교과서에서는 뉴턴의 운동 법칙을 바탕으로 한 고전 물리학을 주로 다뤄 왔습니다. 그러나 이미 100년 전에 양자 물리학과 상대성 이론이 물리학의 새로운 시대를 열었습니다. 양자 물리학은 우주, 전자공학, 의학, 나노, 반도체, 소프트웨어, 슈퍼컴퓨터 같은 첨단 과학 기술 분야뿐만 아니라 현대 철학과 인문학에도 지대한 영향을 미치고 있습니다. '유엔미래보고서' 미래 유망직종으로 빅데이터 시대의 양자 컴퓨터 전문가가 꼽히기도 했습니다. 양자 물리학은 이제 우리의 삶과는 떼려야 뗄 수 없는 학문인 것이지요.

최근 과학 교사와 연구자들이 양자 물리학을 '학생들이 갖춰야 할 과학 소양'이라는 목소리가 높아졌고, 이를 반영해 '융합 통합형(STEAM) 고등 교과 개정'에서 양자 물리학을 처음으로 도입했습니다. 우리 아이들에게 양자 물리학의 첫 단추를 어떻게 끼워야 할지 고민할 시점에 놓인 것입니다. 어린이 눈높이에 딱 맞게 쓰인 《원자 유령을 추적하는 수상한 물리 교실》은 양자 물리학의 깊은 세계로 들어가는 데 꼭 필요한 디딤돌 역할을 톡톡히 해 줄 것입니다.



"지끈지끈 머리 아픈 복잡한 수학 공식 따위는 모두 날려 버리세요! 이 책에는 이상하고 신기한 이야기가 가득하답니다. 유령처럼 벽을 통과하거나, 우리 몸이 텅 비었다거나, 빛이 입자이면서 파동이라는 말도 안 되는 이야기 말이에요. 이 책을 읽고 있으면 여러분은 마법에 걸린 것처럼 전자가 되어 점프를 하고, 수많은 우주를 만나게 될지도 모릅니다. 물론, 다 읽고 나서도 여전히 모르는 것투성일 거예요. 하지만 분명한 사실은, 여러분이 '우주를 작동시키는 비밀의 문' 앞에 성큼 와 있다는 겁니다!"

_ 김상욱 (부산대 물리교육과 교수)



양자 역학은 정말 놀라운 세계예요!

온 세상이 내가 바라보는 대로 춤을 추다니! 만물이 내 마음을 척척 읽어 내는 에너지로 이루어져 있고

내가 생각하고 바라보는 대로 물질이 변화한다는 것은 정말 기막힌 요술이죠!

_ 리처드 파인만 , 미국 물리학자 1965년 노벨물리학상 수상자

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스테파노 산드렐리 저자 스테파노 산드렐리는 1967년에 이탈리아의 피옴비노에서 태어났습니다. 천체 물리학자이자 밀라노 브레라 천문 관측소의 연구원입니다. 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소의 교육과 출판을 책임지고 있으며, 이탈리아의 천문 올림피아드 위원회의 회장을 맡고 있습니다. 이 책에 나오는 안나와 루카하고 이름이 같은 두 아이의 아버지이기도 합니다. 지은 책으로 《블랙홀까지 달려가는 판타스틱 우주 교실》이 있습니다.