양자역학 이야기

인기 과학 교사가 유쾌하게 풀어낸 물리학의 모든 것

양자역학, 현대물리학은 아무리 읽어도 이해가 안 된다-_-

이번에도 그냥 조금 더 친해진 느낌 정도로 만족해 본다.

물질은 입자이자 파동이며 확률적으로 상태값을 계산할 수 있는데,

관찰하는 순간 상태가 정해져 버리고 관찰하기 전에는 상태를 절대 알 수가 없다.

운동량과 위치는 양자론에서 서로 연결되는 턱성이므로 입자가 어디에 있는지 혹은 입자 운동량이 얼마나 되는지, 둘 중 하나는 알 수 있지만 둘을 동시에 알지는 못한다. (중략) 우리가 일상에서 불확정성 원리를 인지하지 못하는 유일한 이유는 '불확정성 구름'에 비해 우리 몸이 너무 거대하기 때문이다.
- <3장 | 귀족, 폭탄 그리고 꽃가루> 중에서

하이젠베르크의 불확정성 원리.

입자는 분명 입자로서 존재하지만, 입자의 위치는 그 자체로 확률인 파동이 결정하며 끊임없이 변화한다. 이 같은 양자론 관점에서 우리는 모든 존재가 확실한 위치를 차지한다는 생각은 버리고, 위치는 확률 법칙에 근거해 무작위로 결정된다고 이야기해야 한다.
- <4장 | 괴짜 길들이기> 중에서

슈뢰딩거 방정식에 관한 보른의 해석.

슬릿을 촬영하지 않으면 입자들은 파동을 일으키지만(결과=얼룩말 줄무늬), 우리가 카메라를 켜는 순간 다시 입자로 돌아와 움직인다.(결과=한 번에 하나의 슬릿만 통과) (중략) 우리가 입자를 측정하지 않을 때는 입자의 운동량, 에너지, 스핀, 심지어 위치마저도 비결정적이고 유동적이다. 이유는 모르지만, 현실 세계에서 물리량을 측정하는 행위는 입자가 특성을 결정하게 만든다. 입자는 분명히 우리의 시선을 의식한다.
- <5장 | 상황이 한층 더 이상해진다> 중에서

난 내가 책을 이해하면서 읽고 있다고 생각했는데 갑자기 머리가 띵해지는 느낌.

보어와 하이젠베르크는 양자역학을 설명하고 이해하기보다 법칙으로서 받아들이려고 했다. 양자역학을 설명할 수 있는 수준으로 본질을 이해하려고 했던 아인슈타인, 슈뢰딩더, 드브로이와는 반대의 태도였다.

측정이 이루어지지 않으면 자연은 중첩이라 부르는 복수의 상태(혹은 상태가 없는 상태)에 놓여 있지만, 측정이 진행되면 관측자가 마치 파리를 잡을 때처럼 중첩을 찰싹 때려 하나의 상태로 만든다. 슈뢰딩거 방정식은 측정으로 얻게 될 결과를 가르쳐주지만, 실제로 그러한 측정을 하기 전까지는 아무것도 결정되지 않으며, 측정을 하면 중첩은 붕괴되면서 마치 거품이 터진 것처럼 하나의 상태로 된다고 말한다. 붕괴 후에 남은 것은 입자의 고정된 상태로, 이를 입자의 고유 상태라 부른다. 이 상태가 고전물리학에서 연구하는 대상이며 측정이 이루어지기 전 우리는 고유 상태가 아닌 확률 파동을 다루어야 한다.
- <6장 | 상자와 고양이> 중에서

보어와 하이젠베르크가 믿은 것.

두 사람이 서로 다른 속도로 움직이는데도 빛이 같은 속도로 관측된다면, 그들의 기준 프레임 사이에서 무언가가 왜곡되고 있는 것이 틀림없다. 두 사람이 서로 다른 상황에서 측정해도 같은 결괏값을 얻는다면 무언가 잘못된 것이다. 아인슈타인은 그것이 시간이라고 지목했다. 특수상대성이론의 두 가지 가정을 받아들인다면, 움직이는 두 관찰자에게 시간은 다른 속도로 흘러가고 있을 것이다. 빠르게 이동하는 사람의 시계는 느려지고, 그 느려진 시간 동안 이동하는 빛은 더 빠르게 관측된다.
- <8장 | 양자는 사라져야 한다>

아인슈타인의 특수상대성 이론.

나의 공감각은 3차원인데 시간을 또 하나의 차원으로 상상해서 머리를 굴리려니 참 -ㅁ- 억지스럽다.

아인슈타인의 관점에서 얽힘을 해석하면, 입자는 우리가 측정하게 될 답을 미리 정해주었으며 측정되는 순간 어떤 상태가 될지 결정하지 않는다. 중첩은 실제로 존재하지 않는다. 단지 우리가 답을 모를 뿐이다.
- <8장 | 양자는 사라져야 한다>

코펜하겐 해석은 양자역학의 효과가 '하이젠베르크 컷'이라 부르는 경계선까지 지배하고, 경계선 밖은 고전물리학이 양자역학을 대신한다고 말한다. 하이젠베르크 컷에 포함되는 물질보다 더 작은 물질은 슈뢰딩거의 방정식을, 더 큰 물질은 뉴턴 방정식을 따른다. 물리학은 이러한 상황을 가리켜 '우리는 무슨 일이 일어나고 있는지 전혀 모른다'라고 말한다.
- <9장 | 원격전송. 타임머신 그리고 소용돌이> 중에서

하하 -_-

중첩은 모순된 방식으로 존재하는 입자가 아니라, 기름종이에 그려진 그림처럼 위아래로 서로 포개져 있는 우주들의 묶음이었다. 입자가 계에 강하게 얽혀 있지 않다면, 양자 실험이 일어나는 모든 우주는 포개진 상태로 남을 것이다. 그러나 (가령 검출기 스크린에 의해서) 얽힘이 일어나면 그 즉시 우주는 여러 갈래로 나뉘면서 독립된 현실이 된다.
- <10장 | 양자역학으로 내가 배트맨임을 입증하다> 중에서

여기서 멀티 유니버스의 등장!

인간은 참 우주의 먼지 같고, 솜털 같다. 이게 다 무슨 의미가 있지!?