과학하고 앉아있네 03. :김상욱의 양자역학 콕 찔러보기 - 원종우, 김상욱
올초에 우리 부서에서 운영하는 도서관리 시스템 연계된 이북을 대여할 수 있는 교보도서관 이슈가 생겼다. 교보도서관은 새로운 시스템으로 바뀌었는데 우리는 아직 구 시스템으로 연결되어 언제쯤 가능하겠냐는 VoE였는데..암튼 그 소식이 예전에 몇 번 이용했던 교보도서관이 있었다는 생각까지 미치게 되었다. 시스템은 예쁘게 리뉴얼 되었고 신간도 많이 들어온 것 같다! 인기많은 책들은 거의 모두 대여중이지만 그거야 기다리면 되는거라...하하 읽고 싶지만 사기에는 애매한 책들을 몇 권 담았다.
이 책은 예전에 들었던 과학하고 앉아있네 강연을 책으로 펴낸 시리즈 중 김상욱 교수의 양자역학 이야기다. 김상욱 교수님은 이제 송민호와 예능도 찍고, 선넘는 녀석들에서 조선시대 과학기술을 설명해주는 등 셀럽이 되셨지만 그때만해도 과학하는 사람들이 발굴해낸 수줍은 물리학과 교수님이었다. (라고 생각하고 있다.)
예전에 읽은 이 분의 양자역학책의 훌륭한 설명으로 이제 양자역학이 대충 어떤 의미인지 알수 있을 것 같은 느낌이 있었는데 이 책은 강연을 엮은거라 더 쉽게 더 후려쳐서 설명해주는듯.
금요일 오후 사무실에서 월급루팡질하며 파토님과 교수님의 목소리가 들리는 듯한 기묘한 경험을 하며 누린 즐거운 독서였다.
관측이 대상을 파동에서 입자로 변화시키죠.
과학자들은 '우주는 문제가 없고, 이걸 이상하다고 느끼는 인간한테 문제가 있다' 라고 이야기를 합니다. 이중성을 지니는 파동과 입자는 원래 하나인데, 인간의 언어가 파동과 입자라는 걸 따로 기술한다는 거죠. 이미 사람들 머릿속에그 개념이 그렇게 따로 자리 잡고 있기 때문에 문제가 생기는 거지, 우주에서는 그것들이 동시에 존재하는 것 자체가 자연스러운 것이고 문제가 없다는 거예요.
지적인 노력과 가정과 수학이라든가 이런 도구들이 동원되지 않으면, 이 사실을 받아들이기는 굉장히 힘든 거예요. 딱 막히는 거죠. 그래서 이것을 직접 직관적으로 여러분들이 그림을 그리고 이해하려면 절대로 이해할 수 없고요. 정말 머리를 써서 한 걸음 한 걸음씩 접근하다 보면, 우리가 알지 못했던 이 세상의 그림자들을 차츰 따라잡을 수 있다는 이야기죠.
파동은 반드시 무언가의 파동이어야 합니다. 전자의 간섭무늬는 무슨 파동의 귀결일까요?..전자의 파동성은 여러 개의 전자를 보냈을때에만 보인다는 겁니다...여기에 파동의 본질이 들어 있습니다...전자를 하나만 쏘아서는 뭐가 나올지는 아무도 모릅니다. 확률의 파동이라면 그래야만 한다는 겁니다...확률론의 세계로 들어서게 되죠.
왼쪽으로 갔거나 오른쪽으로 갔으면 줄이 두 개만 나와야 하는데 동시에 지나면서 파동처럼 서로 간섭을 한 거죠. 사실 여기서 사용된 '서로'가 웃기는 말입니다. 하나의; 전자가 서로 간섭을 한 거니까요...전자는 자기 자신이 자기 자신과 서로 간섭한 겁니다. 마음이 아프죠.
위치와 속도 둘 중에 하나를 정확히 알려고 할 때는 그 과정에서 상대 물리량에 영향을 주게 된다는 겁니다.
본다는 것은 빛이 물체에 부딪쳐서 반사된 빛의 일부가 눈으로 들어오는 겁니다. 그때 물체를 봤다고 이야기하는 거죠. 이 과정에서 보통의 물체는 빛에 맞아도 별 영향을 받지 않습니다. 앞서 전자가 입자와 파동의 이중성을 갖는다고 이야기했는데, 사실 전자기파라는 파동으로 알고 있는 빛조차도 입자의 성질을 가지고 있습니다. 우리는 이 빛의 알갱이를 광자라고 불러요. 모든 건 다 이중성을 가지고 있거든요. 전자가 파동일 수 있는 것 처럼 빛도 입자일 수 있습니다.
양자역학에서는 잘되는 듯이 보이면 무언가 잘못된 겁니다.
초기에 우주 전체를 기술하는 하나의 양자 상태가 있고, 이 상태가 파동처럼 그냥 진행되는 겁니다.
사실 양자역학은 보기에는 불확정적이고 확률이라고 하지만, 이 이론으로 예측해서 얻어낼 수 있는 예측 정확도는 다른 어떤 이론보다도 높습니다. 양면성을 지니고 있는 것이죠. 고전역학이 정확히 알 수 있는 것은 알 수 없지만 다른 것들을정확히 알 수 있는 거죠. 정확히 알 수 있는 것들이 달라진 것이라고 할 수 있겠죠.
