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물질의 물리학한정훈

『물질의 물리학』

작가 : 한정훈
출판사 : 김영사
출간일 : 2020년 9월 25일
면수 : 300쪽
판형 : 148x215mm
ISBN : 9788934920106

한정훈

성균관대학교 물리학과 교수. 주요 연구 분야는 양자 자성체, 양자 스핀계 이론이다. 다강체 이론, 스커미온 이론, 양자 스핀계의 수송 이론 등에서 독보적인 연구 업적이 있다. 80여 편의 학술 논문과 함께 전공 서적 『응집물질에서의 스커미온Skyrmions in Condensed Matter』(Springer, 2017)를 출판했다.

응집물질물리학을 소개하는 탁월한 교양서

 

질량은 어떻게 생겨나는가? 빛도 물질인가? 자석은 왜 자석인가? 왜 어떤 물질은 전기를 통하고 다른 물질은 그러지 못하는가? 2차원, 1차원 물질도 있는가? 도대체 ‘물질’이란 무엇인가? 『물질의 물리학』은 물리학의 근원적인 질문들을 탐구해가는 과정에서 발견된 그래핀, 초전도체, 양자 홀 물질, 위상 물질 등 기묘한 물질들의 세계를 직관적이고도 자세하게 풀어낸 책이다.
현대물리학의 근간이 되는 양자물리학이 이 우주를 구성하는 물질을 어떻게 설명하는지 비전공자에게 명쾌하게 설명한다는 것은 정말 어려운 일이다. 그런데 저자는 탁월한 스토리텔링과 독창적인 비유로 이를 능수능란하게 해낸다. 예를 들면 물질을 호텔에, 물질 속의 전자를 그 호텔의 투숙객에 비유하는 3장 ‘파울리 호텔’이 그렇다. 파울리 호텔에는 설계도(양자역학)도 있고, 운영 방식(배타원리)도 있다. 투숙객(전자)들은 위아래층(전자의 에너지 정도)을 오르내리고, 복도에는 구멍이 뚫려 있어 아래층으로 내려오려면 이 구멍으로 떨어져야 한다. 떨어지면서 쿵, 꽈당 등 다양한 소리(빛)도 낸다. 흥미로운 비유를 곁들여 읽다 보면 양자역학, 분광학, 전자기학 지식에 자연스럽게 익숙해진다.
또한, 현대물리학에서 가장 큰 분과인 응집물질물리학을 대중의 눈높이에서 소개한다. ‘응집물질’이란 말 그대로 액체나 고체처럼 입자 간 상호작용이 강한 물질로, 반도체, 금속, 자석, 초전도체 등 우리가 사는 세상에서 가장 흔한 형태의 물질이다. 한국물리학회 회원 중 약 4분의 1, 미국물리학회 회원 중 약 3분의 1이 응집물질물리학 연구를 하고 있다. 이 정도면 ‘물질의 물리학’을 대중에게 소개하는 책 한 권 정도는 있을 법한데, 국내는 물론이고 과학 선진국이라고 하는 국가를 통틀어도 그런 책을 찾기는 매우 어렵다. 다루는 내용이 무척 넓고 다양해서 양자역학, 전자기학, 통계역학의 법칙들을 두루 이용하기도 하거니와 대중에게 수학을 배제한 채 일상의 언어만으로 물리학 이론을 설명하는 데는 한계가 있기 때문이다. 이런 고난도 작업을 이론물리학자 한정훈 박사는 30여 년의 연구 경험과 2016년 지도교수 데이비드 사울레스의 노벨 물리학상 수상이 계기가 된 대중 강연과 글쓰기 경험을 바탕으로, 이 책에서 능숙하게 해낸다. 그의 직관적이면서도 정확하고 자세한 설명을 따라가다 보면 현대물리학의 큰 흐름을 맛볼 수 있을 것이다.

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사람들은 흔히 마음의 신비로움에 대해 말하곤 한다. 하지만 내게는 물질의 본성이 더욱 매혹적이면서 동시에 까다로운 주제다. 특히 현대 물리학의 근간 이론인 양자물리학이 우주를 구성하는 물질을 어떻게 설명하는지를 비전공자에게 명쾌하게 설명하기란 정말 어렵다. 저자는 이런 고난도의 작업을 감탄스러울 정도로 능숙하게 해낸다. 대부분의 독자에게 익숙한 위계적 원자 모형부터 이게 과연 물질인지조차 알쏭달쏭한 위상 물질에 이르기까지 이어지는 직관적이면서도 정확한 서술은, 물질 자체만이 아니라 그 물질로부터 어떻게 마음이 나올 수 있는지를 궁금해할 독자에게 이해의 단초를 제공할 것이다. 적극 추천한다!

 
글: 이상욱 Yi Sang-wook
한양대학교 철학과 교수