소개의 글
서문
1부 발견과 이해(1900~1927
1장 1부, 2부에 대한 소개
2장 플랑크, 아인슈타인, 보어 - 실험과 초기의 견해
3장 하이젠베르크, 디랙, 슈뢰딩거 - 양자역학과 양자 원자
4장 적용 - 6억 와트!
2부 해석, 그리고 상상을 초월하는 영향(1916~2016
5장 양자역학의 본질적 특징
6장 거인들의 격돌 - 무엇이 진짜일까? 불확정성, 얽힘, 존 벨, 그리고 다세계
7장 이 모든 것들의 의미는? - 양자역학, 수학, 그리고 과학의 본질
8장 응용품 - 양자컴퓨터, 코드 크랙, 순간이동, 암호화
3부 상대성과 양자의 우리 세계, 빅뱅에서 은하계까지
9장 은하계, 블랙홀, 자연의 힘, 힉스보손, 암흑 물질, 암흑 에너지, 끈이론
4부 다전자 원자, 화학 및 재료과학의 기초
10장 4부에 대한 소개
11장 수소 원자 전자의 에너지, 운동량, 그리고 공간상태
12장 스핀과 자기력
13장 배타와 주기율표
14장 원소의 화학적 성질의 토대 물리
15장 화학적 결합의 몇 가지 형태, 예시
16장 고체 물질의 구성
17장 절연체, 그리고 보통 금속과 반도체의 전기적 전도
5부 크고 작은 재료와 기기에서 양자 불가사의
18장 나노기술과 5부 소개
19장 초전도체 I - 정의 및 수송, 약품, 컴퓨터 분야에서의 응용
20장 핵융합 발전과 국방에 사용되는 레이저
21장 자성, 자석, 자기물질, 그리고 그 응용
22장 그래핀, 나노튜브, 그리고 ‘꿈의’ 응용품 한 가지
23장 반도체와 전자기기의 응용 399
24장 초전도체 II - 과학, 전력 생산 및 전송에서의 거대한 응용
부록 A. 전자기파동의 본질과 스펙트럼
부록 B. 경험적으로 개발된 원소주기율표
부록 C. 양자컴퓨터의 개발
부록 D. 원자의 크기와 원소의 화학성
부록 E. X선의 생성
주석 및 레퍼런스
# 이해할 수 없는 것을 이해하기
과학자는 기본적으로 세상의 이치를 밝히려고 한다. 그리고 그 과정에서 지금까지의 지식으로는 이해할 수 없는 현상을 만나고, 그 현상을 과학적인 방법으로 이해하려 한다. 고대 그리스의 철학자 데모크리토스는 이 세상이 원자로 이루어져 있다고 주장했다. 그러나 원자라는 것의 실체가 밝혀지는 데는 그로부터 수천년이 흘러야 했다. 원자의 세계가 조금씩 밝혀지면서 고전적인 지식으로는 이해할 수 없는 일이 일어났다. 심지어 아인슈타인마저 그랬다. 특히 양자역학이란 것을 말이다.
독일의 물리학자 막스 플랑크는 조금 더 효율이 좋은 전등을 만들려고 흑체복사를 연구했다. 흑체복사란 예전에 많이 사용하던 백열등을 상상하면 된다. 백열등에 전기를 공급하면 필라멘트가 달아오려며 빛과 열을 낸다. 즉, 어떤 물체에 열을 가하면 에너지가 빛과 열이라는 형태로 방출(복사된다. 이런데 연구 결과 이 에너지가 특정 단위의 덩어리로만 방출되는 것이다. 플랑크는 혼란에 빠졌다. 지금까지의 지식으로는 빛은 전자기파의 일종, 즉 파장이었다. 파장은 에너지의 흐름이 연속적이다. 즉 더 뜨거우면 뜨거운 만큼 강한 파장이 나와야 한다. 그런데 에너지가 덩어리 단위로 나온다는 뜻은 빛(에너지이 입자라는 뜻인가? 입자여야 덩어리 단위로 묶을 수 있다. 실험으로 입증된 바와 같이 빛은 회절과 간섭을 한다. 입자가 어떻게 회절과 간섭을 한다는 말인가? 이 현상을 목격한 플랑크 자신도 이해하지 못했고, 입자일 리가 없다고 믿었다. 이 현상은 나중에 해결될 것이라고만 생각했는데, 이것이 바로 양자(덩어리역학의 시작이었다.
# 확률로 세상이 돌아간다고?
결국 과학자들이 생각해낸 결론은 빛은 파동과 입자 두 가지 성질을 모두 가지고 있다는 것이었다. 파동이면 파동이고 입자면 입자지, 파동이면서 입자란 무엇인가? 고전적인 물리 이론으로는 납득할 수 없으나, 실제 세상은 그렇게 돌아간다. 입자이면서 파동인 무엇인가가 존재한다는 그것이 존재함을 인정하고, 과학적으로 해
