컬러[핵심과학] 양자역학을 색으로 표현할 수 있을까?
빛에너지양자역학색
갑자기 주식이 폭락했다는 기사가 보입니다.
기존휴대폰칩보다 작은 칩이 개발되었다는 기사도 보입니다.
컴퓨터의 패러다임이 바뀔 것이라는 기사입니다.
UN에서 지정한 양자역학 100주년이라는 것은 작년 말부터 알고 있었고, 올해의 트렌드일 것이라는 전망의 내용은 살짝 들었지만 저는 과학자도 아니요, 전자통신이나 시스템 전공과도 전혀 무관하고, 무지하여 의문만 가지고 있다가 공부도 좀 해볼 겸 주제를 정해 보았습니다.
하지만 이과출신인 것은 안 비밀이고, 조금 늦게 미술을 공부한 것도 비밀이 아닙니다. 하지만 컴퓨터는 하루에 많게는 15시간 이상 한 몸이 되어 일을 하고, 함께 밥은 먹지 않지만 조금은 친한 사이라고 할 수 있지요.
아, 제가 먹고사는데 매우 큰 도움을 주고 있습니다. 저에게 없어서는 안 될 중요한 친구인 것 같아요.
이미지 사이트이 또한 눈에 보이지 않는 것들을 활용해서 일상생활에 매우 유용한 것들을 개발하고 생산하는데 도움을 준다지요. 막연히 주관적이지만 제가 느꼈을 때 가장 비슷한 느낌인 이미지를 가지고 와봤습니다.
양자역학이란?
양자역학은 현대 물리학의 가장 혁신적인 분야 중 하나로, 미시 세계의 물리적 현상을 설명하는 학문입니다. 고전역학이 일상적인 크기에서의 물체 운동을 설명하는 반면, 양자역학은 원자와 소립자의 세계에서 적용되고 연구된다고 할 수 있습니다.
양자역학(Quantum Mechanics)이라는 용어는 '양자(Quantum)'와 '역학(Mechanics)'의 결합으로 이루어졌습니다. '양자'라는 단어는 라틴어 'quantus'에서 유래했으며, 이는 "얼마만큼의"라는 의미를 가집니다. 역학은 힘의 학문인 셈이지요. 이 개념은 막스 플랑크(Max Planck)가 1900년에 빛이 연속적인 것이 아니라 작은 에너지 패킷(즉, 양자)으로 흡수 및 방출된다는 가설을 제시하면서 처음 등장했다고 합니다.
이후 물리학자들은 이 개념을 확장하여 미시적 세계에서 물리적 현상을 설명하는 새로운 이론을 정립했고, 이를 '양자역학'이라 불렀습니다.
이후, 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 광전 효과를 설명하면서 빛이 입자성과 파동성을 동시에 가진다고 주장했습니다. 이어서 닐스 보어(Niels Bohr), 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg), 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger) 등이 양자역학의 기초를 세우는 중요한 이론들을 제시했지요. 현시점에서 사회적 과제의 큰 핵심 과학 분야입니다. CES 2025에서도 양자 컴퓨팅 분야가 신설되었지요.
양자역학의 주요 개념
1. 파동-입자 이중성: 이중 슬릿 실험을 통해 실증
2. 확률적 본질: 파동 함수(양자역학에서 입자의 위치와 운동량은 확률적으로 기술)
3. 하이젠베르크의 불확정성 원리: 입자의 위치-운동량을 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 원리
(자연의 근본적인 한계)
4. 슈뢰딩거 방정식: 양자 상태를 기술하는 기본 방정식
5. 양자 얽힘: 두 개 이상의 입자가 거리에 관계없이 서로 영향을 미치는 현상
저는 많이 생소하고 어렵습니다.
아인슈타인, 뉴턴 등 역사에 남는 인물들이 이미 많은 연구를 하였고 발 빠른 연구자들은 벌써 오래전부터 연구결과를 발표하고 옆의 호기심 어린 책은 벌써 7년 전 나온 책입니다. 미술사의 시대에 빠질 수 없는 피카소가 활기를 쳤던 시절의 '큐비즘'사조로 인하여 양자역학의 미래를 써낸 책도 있습니다.
선견지명이 강한 누군가가 벌써 연구하여 책으로 만들었네요. 마음이 가기에 꼭 읽어보도록 할게요~
양자역학울 숫자로
양자역학의 중요한 개념은 중첩(superposition)과 양자 비트(qubit)입니다. 전통적인 컴퓨터에서 정보는 0 또는 1의 형태로 저장되지만, 양자 컴퓨터에서는 큐비트가 0과 1을 동시에 가질 수 있습니다. 분명 2000년대가 되면 지구가 멸망한다는 둥, 사람들의 주민등록번호에 이상이 생겨서 모든 관공서 홈페이지가 다운될 것이라는 둥의 썰이 많았지요. 이는 양자역학의 확률적 성질과 중첩 원리에 기반을 두고 있었습니다. 사실 그때는 소실적이라 걱정하는 자체가 허무맹랑한 시절이었지요.
또한, 양자 얽힘(entanglement)을 활용하면 두 큐비트가 서로 강하게 연결됩니다. 한쪽의 상태를 측정하면 다른 한쪽의 상태도 즉시 결정된다고 해요. 이러한 성질들은 양자 컴퓨팅의 근간이 되며, 기존의 이진 논리보다 훨씬 강력한 계산 능력을 제공한다는 사실! AI의 미래가 궁금해지는 요즘입니다.
수학시간에 수학의 답은 0과 1인데 멀 그렇게 열심히 풀이를 공부하냐는 선배들의 말씀도 갑자기 뇌리를 스치네요. 알고 보니 아니었지만 이런 논리들을 알고 했던 말들일 까요.
양자역학을 색을 컬러카드로
양자역학을 색으로 표현한다면, 처음에는 현재 만들어진 기계의 황금색을 배경으로 하였으나 밝은 미래이긴 하지만 어렵거나, 신비롭거나 하지 않아서 한 번 더 고민해 보았습니다.
열정과 도전정신이 합쳐진 '보라색이 가장 적합할 것이다'라고 가설을 세워봅니다. 보라색은 신비롭고 불확실한 성질을 지닌 색으로, 양자역학의 확률적 본질과 불확정성 원리를 상징할 수 있습니다. 또한, 양자역학의 주요 개념 중 하나인 '양자 얽힘'은 보라색이 지닌 혼합적이고 조화로운 특성과 잘 어울립니다. 컬러카드의 글자에 표현한 '마젠타'는 매우 귀한 색입니다. 다른 색들을 섞어 만들어지지 않는 색이 있지요. 프린트할 때, CMYK의 잉크 중에서도 M에 해당됩니다.
따라서 양자역학의 세계는 우리가 직관적으로 이해하기 어려운 복잡한 개념이고, 시각적으로 표현한다면 신비롭고 깊이 있는 푸른 보라색과 혼합색에 없어서는 안 될 귀한 마젠타로 나타낼 수 있을 것 같습니다.
많은 보라색을 언급했지만 오늘은 마젠타 글자가 빛이 나면서 더더욱 저에게 다가오는 느낌입니다.
AI를 뛰어넘는 과학의 발달
반도체 기술, 레이저, 양자 컴퓨팅, 양자 암호화 등 현대 사회에서 필수적인 기술들은 모두 양자역학의 원리를 기반으로 한다고 합니다. 이젠 신약까지 개발에도 도움이 된다고 하니 확실히 평균수명이 더 늘어날 것으로 예측되네요. 특히 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터의 한계를 극복할 새로운 패러다임으로 주목받고 있습니다. 저는 전문적인 지식을 전달하기보다 디자이너로써 트렌드를 익히고 알아야 하는 부분을 정리하고 있습니다만 보이지 않는 혁명은 확실한 것 같습니다.
양자역학은 자연의 근본적인 원리를 탐구하는 동시에, 첨단 기술 발전에도 핵심적인 역할을 하고 있기에 인간이 이해할 수 있는 세계의 범위를 확장시키고 있습니다. 앞으로도 과학과 공학의 발전을 이끄는 중요한 분야로 자리 잡을 것이라는 예측을 많은 과학전문가들이 하고 있습니다.
자물쇠를 열어야 하는 열쇠를 어떤 방법으로 찾아야 할지, 전문가들의 고민이 클 것 같습니다.
아인슈타인이 반대했다고 하는 양자역학, 분명히 이유가 있겠지요.
긍정적인 부분도, 부정적인 부분도 잘 극복하여
올 해의 기념의 해인만큼 설레는 이야기로 가득했으면 합니다.
2025년 설날입니다. 입춘이 진짜 2025년의 시작이라고 말씀하시는 분들도 계시지만요^^ 무조건 복 많이 받으세요~
올 해의 자물쇠의 고민의 조금 쉽게 풀렸으면 하는 바람입니다.
양자역학의 대단한 기운을 좀 빌려야겠습니다.
우리도 개인의 열쇠를 찾아 떠나야겠지요.
저에게는 많이 어렵고 무거운 주제였지만 꼭 다루고는 싶었습니다.
많이 부족하지만 우리의 삶에 과학이 얼마나 중요하다는 것을 알기에,,,
그리고 색도 빛이 제일 중요하지만 양자역학 또한 '빛'을 시발점으로 하여 연구되는 부분이라 더더욱 관심이 갑니다. 지금도 급변하게 진화하고 있는 기술들이 소름 끼치고 두렵고 앞으로 어떤 문명의 혜택을 가져다 줄지 기대됩니다.
오지랖 넓은 이야기 같지만 모두들 지켜보고 좋은 방향으로 갈 수 있도록 함께 해야 할 듯합니다.
많이 힘든 하루일 텐데, 괜한 무거운 이야기로 죄송합니다.
그래도 열쇠를 찾아야 한다는 생각에 저는 정신이 번쩍 드는걸요~
오늘, 네 마음은 무슨 색인가요?
*끝나지 않은 혁명의 서막 기사*
*CES2025 양자컴퓨팅 부분 신설*
*테크 트렌드-양자역학 이야기-김영훈 교수(광운대학교 화학공학과)*
