[파이낸셜리뷰] “양자역학을 연구하면서 머리가 어지럽지 않은 사람은 그걸 제대로 이해하지 못한 겁니다.”
- Niels Bohr(닐스 보어)
양자역학은 아인슈타인의 상대성 이론 이후의 이전 물리학과는 근본적으로 다른 상대주의적 세계관이다. 양자역학은 원자 단위 아래의 아원자 입자 등 미시 세계와 그러한 계에서 일어나는 현상을 탐구하는 현대물리학의 한 분야이다. 양자역학에서 말하는 미시 세계의 핵심 특성은 물리량들이 언덕처럼 연속적이지 않고 계단처럼 불연속적이라는 것이다. 물리량이 양자화되어 특정한 양의 양자를 통해서 기술된다는 의미이다.
갈릴레이 뉴턴 아인슈타인은 결정론적 세계관을 갖고 있다. 우주의 미래가 이미 결정되어 있다는 관점이다. 우주는 수학과 물리학의 법칙에 따라 한 치의 오차도 없이 정확하게 움직이고 예측된다. 반면 양자역학의 결과는 수학으로 정리되고 예측되지만, 확률로만 예측될 뿐 확정되지 않다고 본다.
양자역학의 대표 과학자인 닐스 보어와의 토론에서 아인슈타인은“신은 주사위 놀이를 하지 않는다”라며 양자역학의 비결정론적 세계관을 문제 삼았다.
이에 대해 닐 보어는 “신에게 이래라저래라하지 말라”고 대응했다.
20세기 과학적 실험과 검증은 양자역학에 손을 들어주었다. 예측도 매우 정확하고 현대 기술 문명에 크게 기여했다
양자역학은 기존 물리학과 배치되는 철학적 함축 때문에 이해하기 어렵다 쿼크를 증명하여 1969년 노벨상을 수상한 미국의 물리학자 머리 켈만은 다음과 같이 말했다. “양자역학은 우리 중 그 누구도 제대로 이해하지 못하지만, 우리가 사용할 줄 아는 신비하고 당혹스러운 학문이다”
양자역학에서 언급된 두 가지 개념 중 유명한 것이 하이젠베르크의 불확장성 원리와 슈뢰딩거의 고양이다. 이번에는 불확정성 원리를 설명하고 슈뢰딩거 고양이는 다음 기회에 소개한다.
'불확정성 원리'란 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알아낼 수 없고, 두 측정값의 부정확도를 일정 이하로 줄일 수 없다는 양자역학적 원리이다. 코펜하겐 해석의 핵심개념은 첫 번째 물리량이 동시에 측정되지 않는다. 그것은 관측행위가 위치나 속도에 영향을 미치기 때문이다. 두 번째는 물리량의 관측행위와 무관하게 객관적으로 존재하는 것이 아니라 관측행위의 영향을 받는다. 즉 물리량의 동시 측정이 불가능하고 물리량은 관측에 영향을 받는다는 것이다.
