삶, 우주, 그리고 모든 것의 궁극적인 질문에 대한 답.
누구나 궁금해하지만 그동안 제대로 이해하기 어려웠던 양자역학.
읽기만 해도 양자역학의 매력에 퐁당!
박권, 김상욱 두 물리학자께 궁금한 것들을 직접 여쭈었습니다.
Q1. 유튜브에 ‘양자역학’을 검색했을 때, 조회 수 100만을 가뿐히 넘는 영상들이 점점 더 많아지고 있습니다. 과학자로서 이런 현상이 한편으로 낯설기도 하실 텐데, 도대체 양자역학의 매력이 무엇일까요?
“양자역학을 이해한 사람은 아무도 없다.” “신은 주사위를 던지지 않는다.” 양자역학에 따라다니는 이런 전설적인 문장들이 사람들의 흥미를 끄는 것 같습니다. 더구나 내용을 좀 들여다보면 동양철학이나 불교 사상 같은 다소 기이한 내용도 그렇고, 이래저래 일반인이 아는 물리학과 너무 다른 것이 매력 아닐까요? 기회가 없어서 그렇지 일단 접하게 되면 누구도 그 매력에서 벗어날 수 없죠.
Q2. 무언가가 유명해지면, 그것을 둘러싼 루머들도 같이 양산되고는 합니다. 양자역학 또한 다양한 루머로부터 자유롭지 않아 보이는데, 양자역학에 대한 심각한 오해들로는 어떤 것이 있을까요?
관측이 대상에 영향을 준다는 양자역학의 측정 효과가 종종 오해됩니다. 이것은 아주 제한된 조건, 특별한 맥락에서만 성립하는 개념입니다. 세상 모든 것에 적용하면 위험하죠.
Q3. ‘양자역학’ 하면 20세기 초 아인슈타인과 보어의 논쟁을 떠올리시는 분들이 많습니다. 그러나 그 후로도 과학사적으로 중요한 인물과 사건이 있었을 텐데요.
‘슈뢰딩거의 고양이’의 에르빈 슈뢰딩거: 양자역학의 핵심 개념인 중첩이 적용되는 범위가 어디까지인지에 대한 논쟁을 다룹니다. 결국 결어긋남이라는 결론에 도달하게 됩니다. 물론 아직도 이 문제가 완전히 해결되지 않았다고 생각하는 물리학자도 있습니다.
‘벨 부등식’의 존 벨: 아인슈타인이 제기한 EPR 역설을 해결하는 과정에서 나온 이론입니다. 양자 얽힘이 존재한다는 것을 보여주죠. 양자역학은 아인슈타인이나 보어가 생각한 것보다 훨씬 더 이상한 것이었죠.
Q4. 물리학자들의 사고 실험에서 시작된 ‘살아 있으면서 죽어 있는’ 슈뢰딩거의 고양이는 이제는 밈이 되어 인터넷에 떠돌고 있습니다. 교수님께서 생각하시는, 슈뢰딩거의 고양이를 이을 만한 제2의 밈은 무엇인가요?
불확정성 원리나 확률 해석도 외국에서는 밈으로 종종 등장합니다. 차를 과속으로 몰던 하이젠베르크가 경찰에게 적발되었습니다. 경찰이 속도가 150km/h라며 저쪽에 차를 세우라니까, 하이젠베르크는 속도와 위치를 동시에 정확히 알 수는 없다며 저쪽에 정확히 세우는 것은 불가능하다고 말합니다. 국내에서도 슈뢰딩거가 식상해지면 이쪽으로 가지 않을까요?
Q5. 1979년 노벨 물리학상 수상자인 스티븐 와인버그는 “양자역학은 최종 이론의 엄밀하고 유용한 특성으로서 살아남을 것”이라고 말했습니다. 리처드 파인먼과 프랭크 윌첵 같은 저명한 물리학자들 역시 양자역학이 근본적으로 우리 우주를 기술하는 올바른 접근이라고 확신하는데, 그 이유가 무엇일까요?
현재까지 미시 세계를 기술하는 가장 올바르고 정밀한 이론이기 때문이죠. 중첩 원리 같은 것은 무조건 살아남을 겁니다. 이것 없이 물질에 대해 이해하는 것은 불가능하니까요.
Q6. 17세기에 뉴턴의 물리학이 등장하고 나서, 우주가 정교한 시계처럼 보편적인 자연법칙를 따라 움직인다는 관점이 널리 퍼졌습니다. 그렇다면 양자역학의 등장은 우주를 바라보는 우리의 관점을 어떻게 바꿀까요?
양자역학은 우리에게 모든 것을 완벽하게 아는 것은 불가능하다는 것을 알려주었죠. 중요한 물리량은 불확정성 원리에 의해 정확도에 제한을 받고, 결과는 확률로만 알 수 있습니다. 미래는 뉴턴의 생각보다 불확실하죠.
Q7. 그럼에도 이 글을 읽는 분들 가운데 ‘그래서 양자역학이 나랑 무슨 상관인데?’ 하시는 분이 계실지도 모르겠습니다. 이런 분께는 어떤 말씀을 드릴 수 있을까요?
양자역학이 없다면 현대 문명은 없습니다. 그럴 리가 없다고요? 일단 스마트폰부터 버리고 이야기를 계속해 보죠. 양자역학이 없으면 스마트폰도 없으니까.
Q8. 양자역학을 이해하는 데 도움을 주는, 추천하고 싶으신 책이 있으신가요?
『닐스 보어』, 짐 오타비아니
『양자혁명』, 만지트 쿠마르
『불확정성』, 데이비드 린들리
『얽힘의 시대』, 루이자 길더
『우주의 구조』, 브라이언 그린
『불멸의 원자』, 이강영
『부분과 전체』, 베르너 하이젠베르크
『막스 플랑크 평전』, 에른스트 페터 피셔
『아인슈타인의 베일』, 안톤 차일링거
『과학의 새로운 언어, 정보』, 한스 크리스찬 폰 베이어
『스핀』, 이강영
『다세계』, 숀 캐럴
『물질의 물리학』, 한정훈
『쿼런틴』, 그렉 이건
[특집] 양자역학 8문8답(1) 『일어날 일은 일어난다』 박권 교수 인터뷰에서 이어진 글입니다.