출처:언스플래쉬
세계 유명 물리학자인 알베르트 아인슈타인은 상대성이론, 광전효과 등 인류 역사에 굵직한 업적을 남긴 인물이다. 하지만 그런 아인슈타인조차 평생토록 받아들이지 못한 이론이 있었다. 바로 양자역학이다. 아인슈타인은 양자역학에 대해 "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"며 강하게 부정했다. 과연 양자역학이란 무엇이며, 왜 거장 아인슈타인마저 극히 거부했던 것일까.
양자역학이란
양자역학이란 전자, 원자, 분자 등 아주 작은 미시 세계의 물리현상을 다루는 현대 물리학의 기초 이론이다. 베르너 하이젠베르크, 에르빈 슈뢰딩거, 막스 보른 등 수많은 물리학자의 협력으로 탄생했으며, 오늘날 반도체나 첨단 전자제품 등 현대 문명의 거의 모든 것의 근원을 이룬다.
이를 이해하기 위해서는 뉴턴의 운동법칙을 기본으로 하는 '고전역학'과의 비교가 필요하다. 눈에 보이는 크고 무거운 물체를 다루는 고전역학은 위치와 속도를 동시에 정확히 알 수 있어 미래의 상태를 확실하게 예측할 수 있다. 반면 양자역학은 미시 세계의 입자를 다루기 때문에 확률과 중첩, 불확정성 원리에 따라 상태가 결정된다. 즉, 관측하기 전까지는 모든 경우의 수가 확률적으로 동시에 존재한다.
아인슈타인도 믿기 싫어했던 이유
아인슈타인은 1905년 빛이 에너지 덩어리인 '광자'로 이루어져 있음을 증명한 '광전효과'를 발표하며 양자역학 발전에 결정적인 기여를 했다. 그러나 정작 그가 밝혀낸 이론이 확률론적 세계관으로 확장되자, 이를 몹시 불편해했다. 확정적인 인과관계를 중시했던 그에게 세상이 우연과 확률로 이루어져 있다는 해석은 도저히 받아들일 수 없는 진실이었다.
우리의 직관을 배반하는 낯선 세계
양자역학이 유독 생소하고 이상하게 느껴지는 이유는 우리가 살아가는 일상에서는 여전히 뉴턴의 고전역학이 지배적이기 때문이다. 공을 던지면 포물선을 그리며 날아가고, 자동차의 엑셀을 밟으면 속도가 달라지는 직관적인 세계에 익숙한 인간에게 미시 세계의 법칙은 거부감을 준다. 과거의 사람들이 자연을 거대한 시계로 여겼던 것도 이 때문이다. 인간의 직관은 거시 세계에 맞춰 진화했기에, 원자 단위의 기이한 법칙들은 우리의 상식을 끊임없이 배반한다.
슈뢰딩거의 고양이와 중첩의 세계
양자역학의 기이함을 가장 잘 보여주는 대표적인 사례가 바로 '슈뢰딩거의 고양이' 사고실험이다. 밀폐된 상자 안에 고양이, 방사성 물질, 독가스 장치를 함께 둔다고 가정해 보자. 방사성 물질이 붕괴하면 장치가 작동해 독가스가 나와 고양이가 죽고, 붕괴하지 않으면 고양이는 산다. 이때 방사성 물질은 붕괴했으면서 동시에 붕괴하지 않은 '중첩 상태'에 놓인다. 결국 상자를 열어 직접 확인하기 전까지, 고양이는 살아 있으면서 동시에 죽어 있는 기괴한 상태로 존재하게 된다.
고양이처럼 커다란 물체에 적용하면 상식적으로 말이 안 되지만, 원자 같은 미시 세계에서는 이러한 중첩 현상이 실제로 일어난다.
현대 문명을 지탱하는 양자역학의 힘
양자역학은 단순한 학문적 호기심에 머물지 않고 현대인의 일상 깊숙이 자리 잡고 있다. 현대 문명의 심장부라 불리는 반도체는 전자의 흐름을 정밀하게 제어하기 위해 양자역학의 원리를 필수적으로 활용한다. 이외에도 레이저 기술이나 병원에서 흔히 접하는 자기공명영상(MRI) 등 첨단 기술의 근간에는 모두 양자역학이 있다.
양자역학은 이제 하나의 이론을 넘어 현대 기술과 일상생활의 핵심 축이 되었다. 비록 우리의 직관과 정반대여서 낯설고 이상하게 느껴질지라도, 존재하면서도 존재하지 않는 듯한 이 오묘한 과학의 세계는 이미 우리의 곁에서 찬란하게 작동하고 있다.
Copyright ©밸류체인타임스. All rights reserved. 무단 전재 및 재배포, AI학습 이용 금지
[밸류체인타임스=이서인 칼럼니스트]
세계 유명 물리학자인 알베르트 아인슈타인은 상대성이론, 광전효과 등 인류 역사에 굵직한 업적을 남긴 인물이다. 하지만 그런 아인슈타인조차 평생토록 받아들이지 못한 이론이 있었다. 바로 양자역학이다. 아인슈타인은 양자역학에 대해 "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"며 강하게 부정했다. 과연 양자역학이란 무엇이며, 왜 거장 아인슈타인마저 극히 거부했던 것일까.
양자역학이란
양자역학이란 전자, 원자, 분자 등 아주 작은 미시 세계의 물리현상을 다루는 현대 물리학의 기초 이론이다. 베르너 하이젠베르크, 에르빈 슈뢰딩거, 막스 보른 등 수많은 물리학자의 협력으로 탄생했으며, 오늘날 반도체나 첨단 전자제품 등 현대 문명의 거의 모든 것의 근원을 이룬다.
이를 이해하기 위해서는 뉴턴의 운동법칙을 기본으로 하는 '고전역학'과의 비교가 필요하다. 눈에 보이는 크고 무거운 물체를 다루는 고전역학은 위치와 속도를 동시에 정확히 알 수 있어 미래의 상태를 확실하게 예측할 수 있다. 반면 양자역학은 미시 세계의 입자를 다루기 때문에 확률과 중첩, 불확정성 원리에 따라 상태가 결정된다. 즉, 관측하기 전까지는 모든 경우의 수가 확률적으로 동시에 존재한다.
아인슈타인도 믿기 싫어했던 이유
아인슈타인은 1905년 빛이 에너지 덩어리인 '광자'로 이루어져 있음을 증명한 '광전효과'를 발표하며 양자역학 발전에 결정적인 기여를 했다. 그러나 정작 그가 밝혀낸 이론이 확률론적 세계관으로 확장되자, 이를 몹시 불편해했다. 확정적인 인과관계를 중시했던 그에게 세상이 우연과 확률로 이루어져 있다는 해석은 도저히 받아들일 수 없는 진실이었다.
우리의 직관을 배반하는 낯선 세계
양자역학이 유독 생소하고 이상하게 느껴지는 이유는 우리가 살아가는 일상에서는 여전히 뉴턴의 고전역학이 지배적이기 때문이다. 공을 던지면 포물선을 그리며 날아가고, 자동차의 엑셀을 밟으면 속도가 달라지는 직관적인 세계에 익숙한 인간에게 미시 세계의 법칙은 거부감을 준다. 과거의 사람들이 자연을 거대한 시계로 여겼던 것도 이 때문이다. 인간의 직관은 거시 세계에 맞춰 진화했기에, 원자 단위의 기이한 법칙들은 우리의 상식을 끊임없이 배반한다.
슈뢰딩거의 고양이와 중첩의 세계
양자역학의 기이함을 가장 잘 보여주는 대표적인 사례가 바로 '슈뢰딩거의 고양이' 사고실험이다. 밀폐된 상자 안에 고양이, 방사성 물질, 독가스 장치를 함께 둔다고 가정해 보자. 방사성 물질이 붕괴하면 장치가 작동해 독가스가 나와 고양이가 죽고, 붕괴하지 않으면 고양이는 산다. 이때 방사성 물질은 붕괴했으면서 동시에 붕괴하지 않은 '중첩 상태'에 놓인다. 결국 상자를 열어 직접 확인하기 전까지, 고양이는 살아 있으면서 동시에 죽어 있는 기괴한 상태로 존재하게 된다.
고양이처럼 커다란 물체에 적용하면 상식적으로 말이 안 되지만, 원자 같은 미시 세계에서는 이러한 중첩 현상이 실제로 일어난다.
현대 문명을 지탱하는 양자역학의 힘
양자역학은 단순한 학문적 호기심에 머물지 않고 현대인의 일상 깊숙이 자리 잡고 있다. 현대 문명의 심장부라 불리는 반도체는 전자의 흐름을 정밀하게 제어하기 위해 양자역학의 원리를 필수적으로 활용한다. 이외에도 레이저 기술이나 병원에서 흔히 접하는 자기공명영상(MRI) 등 첨단 기술의 근간에는 모두 양자역학이 있다.
양자역학은 이제 하나의 이론을 넘어 현대 기술과 일상생활의 핵심 축이 되었다. 비록 우리의 직관과 정반대여서 낯설고 이상하게 느껴질지라도, 존재하면서도 존재하지 않는 듯한 이 오묘한 과학의 세계는 이미 우리의 곁에서 찬란하게 작동하고 있다.
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[밸류체인타임스=이서인 칼럼니스트]