물리에 한 발 성큼 다가선 듯

양자 역학이란 무엇인가 - 원자부터 우주까지 밝히는 완전한 이론, 개정판
마이클 워커 지음, 조진혁 옮김, 이강영 감수 / 처음북스 / 2023년 1월

신은 주사위를 던지지 않는다라는 말을 남겼던 아이슈타인은 확률에 의한 불확정성 논리를 인정하기 꺼려했다. 물체의 상태는 뉴턴의 고전역학 이래로 위치, 운동량이 정해지면 이전 상태와 미래 상태를 예측할 수 있다고 여겨졌다. 하지만 전자의 크기처럼 작은 양자의 세계에서는 불연속적인 에너지 상태를 시작으로 위치가 정해지면 운동량을 알 수가 없고 운동량을 알면 위치를 정확히 알 수 없다. 상보 관계에 있는 위치와 운동량은 서로 동시에 측정이 불가능하다.

고전역학에서는 관찰을 통해 물리 현상을 이해하고 결과를 해석해 왔다. 관찰이란 행위는 본디 빛의 광자가 물체에 부딛친 후 되돌아오는 빛을 보고 결과를 해석한다는 말이다. 양자의 세계에서는 광자와 전자의 상호작용이 무시할 수 없는 물리량에 영향을 미치기 때문에 입자와 파동의 중첩 상태가 깨진다.

슈뢰딩거는 코펜하겐 해석을 비판하기 위해 사고실험으로 슈뢰딩거의 고양이를 제안했다. 1시간에 50%의 확률로 알파선이 붕괴하는 박스 안에 넣어 둔 고양이가 과연 살아 있으면서 죽은 상태인가를 묻는 실험이었다. 고양이의 어정쩡한 생사가 양자의 입자와 파동의 중첩 상태를 의미한다. 결국 고양이는 거시 세계에 살고 있으므로 박스를 뜯어 보지 않고도 살아 있든 죽었든 반드시 하나의 상태로 귀결짓는다고 결론내린다.

중고등학교 시절 물리를 멀리했지만 최근 양자컴퓨터, 양자암호 등 양자란 단어로 시작하는 기술이 자주 등장하고 있다. 이런 기술의 기본이 되는 양자역학은 무엇일까를 고민하던 중 이 책을 읽으면서 양자역학의 태동과 발전, 활용에 대해서 나름 이론적인 토대를 쌓아 올린 듯 하여 뿌듯하다. 하지만 물리학자는 분명 평범한 사람은 아닌 듯 하다.