과학하고 앉아있네 3, 김상욱의 양자역학 콕 찔러보기, 동아시아

과학하고 앉아있네 3 - 김상욱의 양자역학 콕 찔러보기 ㅣ 스낵 사이언스 Snack Science 시리즈 3
원종우.김상욱 지음 / 동아시아 / 2015년 7월

- 원종우·김상욱, 과학하고 앉아있네 3(김상욱의 양자역학 콕 찔러보기), 동아시아,

1. 책의 이름과 같은 팟캐스트 방송 중 양자역학에 관한 내용 일부를 발췌한 책. 대담 형식으로 되어있다.

가장 중심 챕터는 "하나가 두 개의 구멍을 동시에 지난다." 동시에 두 개의 구멍을 지나는 주체는 '전자'다. 입자의 성질을 지닌 전자가 구멍을 지나 그 뒤에 세워진 스크린에 나타나는 모습은 일정한 패턴의 무늬로 파동의 성질이다. 이 모순을 설명해가는 과정에서 양자역학과 F=ma 로 대표되는 고전역학의 차이, 전자의 '간섭과 중첩' '코펜하겐 해석' '슈뢰딩거의 고양이'까지 설명해 나간다.

김상욱 교수의 근간인 《김상욱의 과학공부》와 겹치는 부분이 있다. 그 책에서 세세하게 설명하지 못했던 용어나 개념의 도출과정을 주석이나 질문 형식으로 콕 집어주어 좋았다. 심화편인 《김상욱의 양자역학 더 찔러보기》로 넘어가자.

2. 메모

- 사실 시간 변화를 무한히 작게 했을 때 위치 변화가 유일하게 정해지는 양이고, 이것이 바로 속도의 정의죠. 이런 식으로 하는 것을 미분이라고 부릅니다. 17쪽

v(t)= lim ∆x/∆t

∆t→0

∆x=x(t+∆t)-x(t)=v(t)∆t

x(t+∆t)=x(t)+v(t)∆t

- F=ma 로부터 속도와 위치를 끄집어 내는 수학적 과정을 적분이라고 합니다. F=ma는 미분방정식입니다. 우주의 법칙은 미분으로 쓰여 있고, 이로부터 위치를 추출하는 과정이 적분입니다. 미분을 알려면 극한을 알아야 하고, 극한을 알려면 수열을 배워야 하죠. 수열에서 시작하여 적분까지 이어지는 고등학교 수학과정은 바로 이런 이유 때문에 존재하는 겁니다. 21쪽

- 갈릴레오가 위대한 것은 이런 자명해 보이는 사실을 의심한 겁니다. 사실은 등속으로 움직이는 게 자연스러운 거고, 정지하는 이유는 그게 자연스러워서가 아니라 추가적인 원인, 더 정확하게 표현하면 마찰력 때문에 그렇다는 겁니다. 23쪽

- 양자역학에 따르면 전자는 동시에 두 개의 구멍을 지납니다(중첩). 전자는 중첩된 두 개의 궤적을 지나면서 마치 파동처럼 행동합니다. 하지만 마지막으로 스크린에 도달할 때 다시 입자로 환원됩니다. 왜냐하면 스크린에는 점이 한 개 찍히니까요. 과학자들은 이것을 입자의 상태로 '붕괴한다'라고 표현합니다. 50쪽

- 코펜하겐 해석

닐스 보어와 베르너 하이젠베르크 등에 의해 제시, 측정이 대상에 영향을 주기 때문에 위치나 운동량 같은 기본물리량을 아는 것이 원리적으로 불가능 하다고 주장. 측정을 하면 대상의 상태에 불연속적인 변화가 일어나는데 이를 붕괴라고 부른다. 51