Quantum electrodynmaics

Richard P. Feynman(리처드 파인만)이 쓴 책 QED의 번역서인 "일반인을 위한 파인만의 QED 강의"이다. QED란 양자전기역학의 줄임말로, 글쓴이는 최대한 쉽게 QED의 개념과 적용을 설명하려고 했다. 하지만 QED에 관한 내용이 학부 이상의 물리학적 지식을 요구하기 때문에 결코 쉬운 내용은 아니다. 어느 정도 물리에 대한 기초 지식이 있으면 (고등학교 때 선택과목으로 물리를 공부했다던가) 도움이 될 것 같다.

몇 년전에 이 책을 읽었을 때에는 절반도 잘 이해하지 못했는데, 요즘 들어서 다시 이 책을 읽어보니까 그래도 어렴풋이 이해가 된다. 광전효과(Photoelectric effect)를 QED 설명의 시작으로 삼은 것은 훌륭한 선택이다. 빛의 회절이라든가, 전자기파라는 말 때문에 파동같이 느껴지는 빛의 개념을 일단 입자로 잡고 시작하기 때문이다.

전자기학의 궁극적 결론인 맥스웰 방정식과 양자역학의 이론을 병합한 양자전기역학은 첨단 이론이다. 물론 아인슈타인은 여기에 중력도 통합하여 대통일이론을 만들고자 했지만 중력이 다른 힘에 비해 약하기 때문에 연구를 진전시키지 못했다.

화살표 물리학에서 등장하는 화살표 하나는 확률 진폭의 개념과 유사하다. 화살표 물리학에서는 벡터처럼 표현되어 있어서 합성도 꼭 벡터처럼 한다. 그리고 화살표 옆의 아주 짧은 시간도 구분 가능한 초시계는 위상 벡터(phase vector)를 의미한다. 하지만 확률을 구하려면 확률 진폭의 제곱인 확률 밀도 함수에서 원하는 확률 범위 구간에 대해 적분하여 확률을 구해야 하지만 여기서는 미소 구간을 independent하다고 봤기 때문에 단순히 제곱(이 부분도 정사각형 면적으로 시각화한 파인만의 착상은 놀랍다.)으로 표현하고 있다. 하지만 나중에는 줄줄이 여러 개의 화살표를 잇는 예시가 나오는 데 이 부분은 주어진 구간에서의 적분을 떠올리게 한다.

그 뒤에는 전자도 빛과 유사한 방식으로 실험하는 내용이 나와 있다. 이 책의 가장 어려웠던 부분은 책의 넷째 날 부분인 쿼크와 스핀 부분인데, 이 부분을 제대로 이해하려면 스핀 각운동량이나 주양자수에 대한 이해가 선행해야 할 것 같다. 스핀의 패턴에 따라 발견될 입자를 예측하고 입증하는 과정이 흥미로웠다.