마치 동문서답, 선문답 같은 Q&A ;
Q : 원자는 어디 있나요?
A : 모릅니다. 질문이 들렸어요.
Q : 양자역학은 뭐 하는 학문인가요?
A : 원자를 설명하죠
Q : 그럼 원자는 어디 있나요?
A : 모른다니까요!
Q : 원자가 어디에 있는지도 모르는데 원자를 설명한다고요?
A : 질문이 틀렸다니까요!
이 문답을 이해한다라면 책에서 작가가 이야기 하는 양자 이야기의 핵심을 제대로 이해한 것이라고 생각이 든다. 하지만 책을 읽다 보면 나오는 불연속성, 불확정성, 확율 파동 함수... 도대체가 모호하고, 이야기를 들으면 들을 수록 미궁속으로 빠지는 듯 하다. 모든 내용을 100% 이해하기는 쉽지 않다.
우주의 모든 것은 원자로 되어 있고, 양자역학은 원자를 설명하는 과학이라 한다. 결국 양자역학이 제대로 밝혀지고 정립되면 우주 삼라만상의 모든 것을 설명할 수 있다는 말이나 다름 없다. 과연 양자역학이 우주를 지배하는 물리법칙이란 말인가? 우리가 원자 세계의 운동과 현상을 완벽하게 안다고 해서 우주를 완벽하게 이해할 수 있을까? 우주를 지배하는 물리법칙은 과연 하나일까?
엄밀하게 이야기 하자면, 객관적 물리법칙이 우주를 지배하는 것이 아니라 인간이 이해하고 해석한 이론(법칙)으로 우주를 해석할 뿐이지 않는가? 세포가 인간을 이루는 기본요소이지만 세포의 특성과 운동, 그 메커니즘을 완벽하게 밝혀냈다고 해도 그것이 곧 인간 그 자체, 인간의 심리, 정신, 사회구조, 관계, 역사를 규정하는 법칙이 아니듯...
그렇다고 양자역학이 무용하다는 말은 아닐터... 마치 마르크스가 [자본 The Capital] 에서 자본주의에 대한 해부와 해석의 시발점으로 자본의 원자라고 할 수 있는 '상품' 분석으로 부터 자본주의 경제구조와 자본의 운동을 설명하였듯이, 양자역학이 원자 세계의 구조와 운동에 대한 해석을 기반으로 우주의 구조와 운동에 대한 인간의 해석과 지식을 한층 더 풍부해주는 이론/방법론/학문분야라는 것은 부정할 수 없는 사실이다.
. . . . .
양자역학이란? : 원자의 세계에서 일어나는 현상을 설명하는 과학이다. 그렇다면 원자란 무엇인가? : 원자는 우주만물을 구성하는 최소 기본단위로, 핵과 전자로 구성되어 있다. 즉, '양자역학'이란 원자라는 물질의 핵과 전자(들)의 존재방식, 물리, 화학, 전기적 특성과 운동을 설명하는 과학이라 정의될 수 있다.
그 중에서 중요한 것은 전자이다. 전자의 특성과 운동방식에 대한 해석과 이해가 양자역학의 핵심이라 할 수 있다.
양자역학에 대한 설명은 전자의 특성에 대한 이야기로 부터 전개된다. 전자의 존재와 운동 특성 즉, 전자의 "입자"이면서 "파동"이라는 특성. 여기에서 부터 시작하여 이중슬롯 실험, 쉬뢰딩거의 고양이 비유, 결어긋남, 관측의 문제, 코펜하겐 해석, 불연속성, 불확정성, Quantum Leap, 확률해석, 카오스, 다중/다세계해석, 다중우주 등에 대한 이야기들... 이야기의 스펙트럼은 물질을 구성하는 가장 기본 단위인 원자, 그리고 그 원자를 구성하는 "전자"로 부터 시작하여 분자, 세포, 생명, 그리고 우주까지 확대된다.
양자역학에 대한 구체적인 개별 이론이나 법칙을 완전히 이해하기는 힘들지만, 결국 논쟁의 핵심은 전자의 특성과 운동에 대한 "해석"의 문제이므로, 그 중 양자역학의 정통(?)이론이라는 코펜하겐 해석에 따르면;
양자세계는 입자이면서 파동의 성질을 가지는 전자는 그 자체로 여러 가능성을 동시에 갖는 중첩상태에 있다. 그러한 여러 가능태의 존재는 외부의 실험자의 "측정"/"관측"에 의해 간섭을 받아 그 중첩상태가 깨지면서 하나의 상태/결과로만 보여지게 된다. 비유하자면 여러 확률 가능성이 존재하고 있지만, 주사위가 던져졌을때에는 하나의 결과만 나타나는 것과 같다. 하나의 주사위를 던졌을때 나올 경우의 수는 6가지로 존재하지만, 던져지기 전에 그 결과가 무엇일지는 미리 정해지거나 알 수 없고, 오직 던져진 행위, 사건의 결과로서 1이나 2 등의 하나의 결과만 보여질 뿐이며, 그 결과값인 1 이나 2는 서로 불연속적이라는 것이다. 즉 전자는 그 자체로 확정된 실재라기 보다는 측정 행위의 결과로서만 보여진다는 것, 측정/관측/실험은 그 과정중에 필연적으로 대상을 교란하고 측정을 통해 얻어낸 결과가 전자가 원래 가지고 있던 성질/본질을 규정하는것은 아니다. 좀더 이론적으로 정리하자면, 전자는 불확정성의 원리에 따라 그 대상 물리량이 어느 하나의 상태로 존재하지 못하고 여러 상태의 확률 파동 함수로서 분포된다. 여기에 측정을 가하면 파동함수가 붕괴되고 물리량은 하나의 상태로 특정된다.
이것이 '코펜하겐 해석'에서 이야기 하는 양자역학(전자운동)의 불연속성, 불확정성, 확률해석의 내용이다. 이 해석에 따르면 우리는 전자가 어디 있는지(그 위치나 궤도)를 알 수 없고 오직 상태만 말할 수 있을 뿐이다.
그렇다고 양자역학이 불가지론이나 전혀 무용한 허무맹랑한 이야기란 말인가? 그건 아니다. 양자역학으로 우주의 물리 현상을 설명할 수 있고 또 정확도 99.999999999....(유효숫자 15자리까지) 측정할 수 있다.
No comments:
Post a Comment