이성익 교수의 인터넷 강의

Sungik
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이성익 교수가 대학에 다니던 시절은 우리나라가 정치적으로 격동기를 겪던 시절이었다. 대학에서는 휴강이 잦았고 강의가 진행되더라도 집중하기에는 힘든 시기였을 것이다. 그는 포항공과대학교 재직 시절 늘 학생들을 부러워했다. "내가 지금의 너희들 처럼 공부할 수 있었더라면, 주체할 수 없이 솟아 나는 물리학에 대한 호기심을 마음껏 충족해 줄 수 있는 스승이나 교재가 충분했더라면, ..."라고 하면서. 그래서 그는 학생들과 이야기를 나누는 것을 좋아했고, 학생들이 어떤 아쉬움도 없이 물리학을 공부할 수 있는 환경과 기회를 만들어 주기위해 최선을 다했다. 양자역학, 초전도, 고체물리학에 대한 강의를 인터넷에 올리기로 결정할 때도 포항공과대학교 뿐만 아나라, 전국, 전세계 학생들에게 이러한 기회를 주기를 원했던 심정이었을 것이다.

아름다운 양자역학의 세계

최전도 강의

고체물리학 강의

인터넷 강의의 의미


양자역학 강의를 인터넷에 공개하면서

2006년 10월 15일

포항공과대학교 물리학과 교수 이성익

20세기 초 물리학에서는 혁명과도 같은 두 가지 패러다임이 탄생한다. 상대론과 양자론으로 불리는 두 패러다임이 이 세상에 등장하게 된 것이다. 기존 물리학으로 설명할 수 없는 현상들이 알려지면서 발전한 현대과학은 인류가 그동안 보지 못했던 거대한 우주와 원자의 세계를 볼 수 있도록 해주었다. 상대론과 양자론을 알지 못하면 전혀 설명할 수 없는 현상들이 일어나고 있었던 것이다.

내가 대학교 1학년 때였다. 고전 역학과 화학의 세계에 빠져있던 나는 수업 시간에 무척이나 많은 질문을 하였다. 그런데 교수님들은 대부분의 내 질문에 대해 양자역학을 공부해야 이해 할 수 있는 현상이라며 대 답을 미루시곤 하셨다. 1972년 봄 어느 날 나는 두 가지 이론들 중 하나인 양자역학의 세계를 이해하기 위해 도서관으로 향했다. 꿈에서나 그리던 양자역학의 책을 받아든 나의 가슴은 흥분으로 가득 찼다. 이 책 한권을 이해하면 우주 만물의 근원을 이해할 수 있다니... 그 동안 품어 왔던 나의 모든 질문이 이 책 속에 숨어져 있다니... 나는 재빨리 책장을 펼쳤다. 그런데 그 흥분은 순식간에 실망으로 변하였고 나의 가슴은 지울 수 없는 좌절감으로 가득 차게 되었다. 괴상한 수식들, 제대로 이해 할 수 없는 이상한 슈뢰딩거 방정식 앞에서 나는 양자역학 책을 던져 버리고 말았다. 지금 생각하면 하룻강아지 범 무서운 줄 모르는 무모한 도전을 하였던 것이다. 많은 학자들이 수 없는 세월을 싸우고 고민하고 토론하면서... 그리고 ‘신은 주사위를 던지지 않았다’며 울부짖으며 거부했던 양자역학을 도서관의 한 권의 책으로 쉽게 이해할 수 있으리라 생각 했던 어린 내 자신을 생각하면 지금도 웃음이 난다. 그 후 나는 초전도를 연구하며 일생을 살고 있다. 초전도는 대표적인 양자현상 중의 하나이다. 일생동안 양자현상을 공부하고 있지만 사실 나는 양자현상이라는 거대한 진리의 바다에서 작은 조개껍질을 줍고 기뻐하는 수준이고, 이 현상을 완전히 이해하는 것은 아직 멀기만 하다. 아직도 나는 미지의 양자세계에서 목말라하고 있다. 그래서인가... 철모르던 어릴 때의 패기가 가끔씩 그리워지기도 하다.

양자의 세계를 이해하는 것은 참으로 어렵다. 그 이유는 기존의 뉴턴 역학세계에 대한 상식을 버리고 파동이라는 새로운 개념으로 사고방식을 바꾸어야 하기 때문이다. 아니 세상이 파동으로 구성이 되어 있다니... 그렇다면 우리가 보고 있는 인간, 돌멩이, 바위들을 어떻게 파동역학으로 이해 할 것인가? 파동역학을 만물에 적용하도록 강요하는 양자역학의 세계를 과연 우리가 받아들일 수 있을까? 반도체, LCD, 통신, 철강, 조선 분야에서 우리 한국이 전 세계를 선도하고 있는데, 양자역학을 이해하지 못하고도 우리가 현재의 경쟁력을 유지할 수 있을까? 새로운 고부가가치 산업을 만들기 위하여 얼마나 많은 난관에 부딪혀야 하는가? 우리는 이러한 첨단 과학기술과 관련된 문제의 바닥에는 항상 양자역학이 내재되어 있다는 것을 알아야 한다.

많은 학생들이 양자역학을 제대로 이해하지 못하기에 그 두꺼운 반도체 관련 책을 외우려고만 한다. 양자역학을 조금이라도 알게 되면 쉽게 해결되는 현상들을 도전조차 못하고 포기하는 현실에 많은 과학자들은 안타까워하고 있었다. 본인은 이러한 현실을 해결하기 위해 새로운 도전을 하게 되었다. 포항공과대학교 학부 3학년 학생을 대상으로 한 2006년도 1, 2학기 양자역학 수업을 인터넷에 공개하기로 결심한 것이다. 양자역학은 혼자서 공부하기에 쉽지 않은 과목이지만 본 강연이 큰 도움이 될 수 있을 것이라는 확신을 가져 본다. 이 강연에서는 새로운 패러다임인 양자역학을 이해하기 위한 수많은 학자들의 에피소드, 그들이 고민하는 모습들, 고전입자역학에서 양자파동역학으로 갈 수 밖에 없었던 이야기들을 재미있고 쉽게 설명한다. 플랑크상수를 발견하고도 흑체복사 방정식의 의미를 해석하지 못해 베를린의 공원에서 아들에게 고민을 털어 놓던 플랑크, 드 브로이의 물질파에 관하여 찬사를 보내다가 아직 이 물질파에 관한 방정식이 없다는 사실을 깨닫는 슈뢰딩거, 상대론적 파동방정식을 풀어내고 스핀에 관한 정체를 알아낸 디락, 신은 주사위를 던지지 않았다고 하면서 생을 마감하는 순간까지 양자역학을 거부한 아인슈타인, 반입자 ․ 반우주 ․ 레이저 등 수많은 과학의 에피소드 및 원리 등이 이 강연 속에 포함되어있다. 이 강연을 듣다보면 자신도 모르는 사이에 양자역학의 세계를 조금 씩 이해 해 갈 수 있을 것이다. 또한 포항공과대학교 학생들을 대상으로 했던 강의였기 때문에 이들의 활기찬 토론 모습들도 볼 수 있을 것이다. 강의 동영상 초반마다는 1-2 분짜리 동영상을 삽입하여 포항이라는 “시골”에서 살고 있는 포스테키안들의 삶, 포항 지역의 아름다운 자연을 소개하였기 때문에 강의가 지루하지 않을 것이다. 한 가지 아쉬운 점이 있다면 이 강연에는 상대론이나 우주론에 관한 내용이 포함되어 있지 않다는 사실이다. 일반인을 위한 알기 쉬운 상대론, 우주론에 관한 강연은 다음을 기약[하자].

2006년도 1학기 ‘아름다운 양자의 세계’ 강연은 매회 75분씩 진행된 26회분 강의 동영상으로 포항공과대학교 초전도연구단의 홈페이지(www-psc.postech.ac.kr)를 통해 순차적으로 공개 될 예정이다. 2006년도 2학기 강의 25회 분은 2007년도 1월 중에 공개될 예정이다. 강의 동영상들은 비교적 큰 용량의 고화질로 녹화되어 배포가 쉽지 않다는 문제점을 가지고 있었다. 따라서 배포용 파일을 두 종류로 나누어 제작하였다. 하나는 화질 수준을 낮추어 인터넷이 연결된 곳이라면 어디에서나 강의 홈페이지를 통해 실시간으로 볼 수 있도록 한 것이고 다른 하나는 PC나 CD에 저장하여 볼 수 있도록 만들었는데 화질이 좋아 이 파일들을 저장하여 이용할 것을 권장한다. 강의 동영상은 모든 사람이 이용 할 수 있도록 인터넷 홈페이지를 통해 무료로 제공된다. 만약 Mirror site를 운영하고 싶은 사람이 있으면 언제나 환영하는 바이다. 교과서는 Quantum Physics (3rd Ed.) by S. Gasiorowicz (2003, Wiley)이다.

이 강연의 동영상 제작에는 포항공과대학교 학부생 노지훈, 김수란, 대학원 김정대 그리고 강의록 제작에는 학부생 정윤영, 임향택 학생 등이 수고를 하였다. 이들의 헌신적 노력이 없었다면 인터넷을 통한 양자역학 강의 공개는 불가능하였을 것이다. 그리고 포항공과대학교 방송반 PBS의 영상물 제작 지원에도 감사의 말을 전한다.

인터넷 강의 미러링 안내

인터넷 강의 동영상은 각각 200 MB 이상의 큰 파일들로 이루어져 있어 하나의 서버로 운영하기는 효과적이지 않습니다. 보다 많은 학생들의 편의를 위하여 안정적으로 이성익 교수의 강의 자료 사이트를 미러링 하고 싶은 분은 고려대 물리학과 최만수 교수에게 연락 바랍니다.