[오늘의 한문장] 처음 만나는 양자의 세계

고전역학과양자 역학의 차이
고전역학은 아이작 뉴턴의 역학, 제임스 맥스웰의 전자기학 등 양자역학이 등장하기 이전부터 존재하던 물리학으로, 우리가 눈으로 보고 느끼며 살아가는 거시 세계를 잘 설명해 줍니다. 하지만 전자나 원자처럼 아주 작은 물질의 행동과 성질은 설명하지 못하는데요, 이를 설명하기 위해 발전한 학문이 바로 양자역학입니다. 그렇다면 고전역학과 양자 역학은 어떻게 다를까요? - P13

무엇보다 중요한 점은, 이 불확정성이 측정 기기의 한계나 실험의정밀도 때문이 아니라, 물리적 세계가 본질적으로 그렇게 이루어져 있기 때문에 나타난다는 것입니다. 불확정성 원리는 입자와 파동의 이중적 성질에서 비롯된, 세계의 본모습인 셈인 것이지요. - P40

양자 역학에서 가장 신비롭고 흥미로운 현상 중 하나는 바로 양자중첩Quantum Superposition입니다. 말 그대로 여러 상태가 동시에 겹쳐 있는 상태를 뜻하지요. 예를 들어, ‘0‘이라는 상태와 ‘1‘이라는 상태를 가질 수있는 어떤 시스템을 떠올려 보세요. 마치 컴퓨터의 비트처럼요. 고전 역학에서는 이 시스템이 한순간에 가질 수 있는 값은 오직 하나, 즉 ‘0‘이거나 ‘1‘뿐입니다. 마치 공이 A라는 상자에 있다면, 동시에 B라는 상자에 있을 수 없는 것처럼요.
하지만 양자 역학에서는 이야기가 다릅니다. 이 시스템이 ‘0‘이면서동시에 ‘1‘일 수도 있습니다! 이것이 바로 양자 중첩 상태입니다. 이때중첩 상태가 ‘0.5‘ 같은 중간값이라는 뜻은 아닙니다. 측정을 하면 반드시 ‘0‘이거나 ‘1‘ 중 하나로 결과가 나올 뿐, 그 사이 어딘가는 나오지 않거든요. - P42

양자 역학에서 양자 중첩과 함께 많은 논란이 되었던 개념 중 하나는바로 ‘양자 얽힘 Quantum Entanglement‘입니다. 양자 얽힘은 2개 이상의 시스템이 서로 밀접하게 연결되어, 각각의 상태를 따로따로 기술할 수 없는상태를 의미합니다. 이는 마치 보이지 않는 실로 두 시스템이 강하게 묶여 있는 것처럼, 하나의 상태가 다른 하나의 상태에 직접적으로 영향을미칩니다.
예를 들어, A와 B라는 두 시스템이 있다고 가정해 봅시다. 두 시스템은 각각 상태 ‘0‘과 ‘1‘을 가질 수 있습니다. 양자 얽힘 상태란, A가 ‘0‘이면 B도 반드시 ‘0‘, A가 ‘1‘이면 B도 반드시 ‘1‘인 상태와 같이 하나의상태가 다른 하나의 상태를 결정하는 상태입니다. - P48

‘텔레포테이션‘이라고 하면 흔히 어떤 물체가 공간을 건너뛰어 A 지점에서 B 지점으로 ‘순간이동하는 장면을 떠올립니다. 하지만 양자 텔레포테이션은 물질이 순간이동하는 것이 아니라, 양자 정보를 옮기는 기술입니다. 그것도 빛보다 느린 고전적인 통신 속도에 의존합니다.
좀 더 정확히 말하면, 양자 텔레포테이션은 어떤 입자의 양자 상태Quantum State 를 먼 거리의 다른 입자에 복제하는 기술입니다. 핵심은 ‘정보의 이동‘입니다. A 지점에 있던 원래 입자는 사라지고, 그 정보를 바탕으로 B지점의 입자를 동일한 양자 상태로 재구성하는 방식이지요.
이 과정을 문서에 비유하자면, 원본을 파쇄하고 그 내용을 바탕으로 먼 곳에서 동일한 문서를 다시 출력하는 것과 비슷합니다. 이때 원본은 더 이상 존재하지 않기 때문에, 단순한 복사와는 다릅니다. 사실, 양자 상태는 복제할 수 없다는 ‘양자 복제 불가능 정리No-cloning theorem에 따라 임의의 양자 상태는 완벽하게 복사될 수 없습니다. 이 정리는 1982년 윌리엄 우터스 William Bill Kent Wootters, 보이치에흐 주렉Wojciech Hu-bert Zurek 그리고 독립적으로 네덜란드의 데니스 디크스 Dennis Johan Dieks에 의해 제안되었지요. 이 정리는 임의의 양자 상태는 완벽하게 복제할수 없다는 사실을 증명합니다. 따라서 양자 텔레포테이션은 그런 복제가 불가능한 상태를 이동시키는 유일한 방법인 셈이지요. - P60

레이저나 GPS처럼 현재 널리 쓰이는 기술들은 양자 역학의 여러성질 가운데 ‘에너지의 양자화‘, 다시 말해 ‘입자성‘을 활용한 것들입니다. 이는 원자의 에너지가 연속이 아니라, 띄엄띄엄 존재한다는 사실을이용한 것이지요. 반면, 요즘 주목받고 있는 양자 컴퓨터를 비롯한 양자정보 과학 기술에서는 양자 역학의 또 다른 측면, 바로 ‘파동성‘에 주목하고 있습니다. 모든 물질이 사실은 파동의 성질도 함께 가지고 있다는점에 착안해 양자 중첩과 양자 얽힘 같은 현상을 본격적으로 활용하고있는 것이지요. - P110

[100자평] 이 지랄맞음이 쌓여 축제가 되겠지

이 지랄맞음이 쌓여 축제가 되겠지
조승리 지음 / 달 / 2024년 3월

웃다가 울게 되는, 한번에 거침없이 읽게 되는 책이다. (시각장애 뿐만 아니라) 어려서부터 거친 풍파를 살아낸 작가의 단단한 내공이 느껴지는 책이다. 조승리 작가의 축제가, 여행이 계속되길.

[100자평] 한여름 밤의 꿈

한여름 밤의 꿈 ㅣ 민음사 세계문학전집 172
윌리엄 셰익스피어 지음, 최종철 옮김 / 민음사 / 2008년 2월

신이나 왕이 여자를 차지하는 비결은? 강간 아니면 전쟁 포로나 납치? 셰익스피어 초기작이어서인가 희극이어이나 왕이 여자를 차지하는 비결은? 강간 아니면 전쟁 포로나 납치? 셰익스피어 초기작이어서인가 희극이어서인가. 재미도 감동도 없구나. 제목만 아름답구나.

[오늘의 한문장] 백년운동

하루 8시간 이상 앉아 있으면 사망할 확률이 59% 증가한다니 무시무시한 일 아닌가? 오래 앉아 있으면 온몸에 좌독이퍼질 것 같다는 무서운 생각이 든다. 그런데 참으로 반가운것은 8시간의 좌독이 하루 60~75분간 중강도 운동으로 해독(解毒)될 수 있다는 것이다.
이켈룬드 박사의 의문이 풀린 것이다.
신체활동 부족이라는 독은 운동이라는 해독제(解毒劑)로 치료가 가능하다. 8시간의 좌독은 60~75분간의 중강도운동으로 해독될 수 있다!
중강도 운동이란 시속 5.6km 속도로 경쾌하게 걷거나 시속 16km 속도로 자전거를 타는 정도의 운동 강도를 뜻한다.
재미있는 것은 TV 보는 시간과 운동의 관계였다. 하루에 5시간 TV를 보고 운동은 5분도 하지 않으면 TV를 1시간 이하로 보면서 60~75분간 운동하는 사람에 비해 사망률이 93%나 증가한다는 것이다. 좌독보다 TV독이 훨씬 더 독하다는 뜻이다. 하루 5시간 이상 TV를 보면서 몸에 퍼진 TV독은 하루 60~75분간의 중강도 운동을 해도 여전히 12%나 높은 사망률을 보였다. - P30

말꼬리를 흐리며 잠시 뜸을 들이다 한탄조로 덧붙인 말이 필자의 가슴에 파고들어 3년이 지난 지금도 잊혀지지 않는다.
"늙으니 딜레마다. 운동을 안 하니 약해지고, 운동을 하니 아프고 어떻게 해야 할지를 모르겠네!"
100세까지 오래오래 건강한 청춘으로 멋지게 살기 위해서는 반드시 운동을 해야 한다. 운동을 하면 아프고, 운동을 안 하면 약해지는 이 딜레마를 어떻게 해결할지가 관건이다. - P69

운동으로 허리를 낫게 한다는 것은 어불성설이다. 좋은자세가 허리를 낫게 한다. 허리 디스크를 튼튼하게 하는 유일한 운동은 걷기나 뛰기이다. 걷기나 뛰기도 허리 주변 근력을 강화해 디스크를 낫게 하는 것이 아니다 146페이지, ‘걷기 운동을 추천하는 진짜 이유!‘ 참조. - P88

[오늘의 한문장] 한여름 밤의 꿈

드미트리우스 마음 풀어, 허미아, 그리고 라이샌
무효인 네 자격을 분명한 내 권리에 넘겨줘.
라이샌더 드미트리우스, 넌 그녀의 부친 사랑 가졌잖아,
허미아 사랑은 내게 주고 그 부친과 결혼해.
이지우스 경멸에 찬 라이샌더, 맞아, 난 그를 사랑해.
그래서 내 사랑은 내 것을 그에게 줄 거야.
얘는 내 거니까 얘에 대한 내 모든 권리를
드미트리우스에게 부여한다. 그 말이야.
라이샌더 각하, 저도 그와 꼭 같이 가문 좋고
가진 것도 같은 데다 제 사랑은 더욱 크고
재산 또한 어느 모로 보거나 그보다 더
우위는 아니라도 동급으로 양호하며
이 모든 자랑보다 더 나은 것으로서
아름다운 허미아의 사랑을 받습니다. - P13

헬레나 누구는 누구보다 얼마나 더 행복할까!
아테네를 통틀어 나도 쟤만큼이나 예쁘다.
그럼 뭐 해? 드미트리우스의 생각은 다른데.
자기 빼고 다 아는 걸 그는 알지 않으려 해
그리고 허미아의 눈에 혹해 그가 빗나가듯이
나도 그의 자질에 감탄하고 있잖아.
사랑은 저급하고 천하며 볼품없는 것들을
가치 있는 형체로 바꿔 놓을 수 있어. - P19

보텀 제 생각에 부인께서는 그러실 이유가 없는
것 같은데요. 그래도 사실을 말하면 사랑과
이성은 요즈음 거의 자리를 같이하지 않는
답니다. 더욱 유감인 건 정직한 이웃들이 그
들을 친구로 만들어 주지 않는다는 거지요.
그렇지, 나도 때로는 뼈 있는 농담을 할 수
있어. - P55