누가 슈뢰딩거의 고양이를 말하는가
아인슈타인과 닐스 보어
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Aug 18. 2021
20세기 들어 인류 역사상 세상을 놀라게 한 ‘천재들’은 많다. 그중에서도 상대성 이론을 밝히고 양자역학에 기여했다면 그는 어떤 범주에 드는 천재일까. 독일의 물리학자 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)은 세계적으로 대중들에게 널리 알려진 천재다. 얼마나 유명한지 우리나라에는 그의 이름을 딴 우유도 있을 정도다. 닐스 보어(Niels Bohr, 1885~1962)는 아인슈타인과 함께 양자역학의 발전에 기여한 천재 과학자다. 양자역학을 둘러싸고 이들이 함께 두뇌 싸움을 벌이는 모습에서 우리는 20세기 과학자들의 천재성을 조금이나마 느낄 수 있다.
말해 뭐해... 20세기 최고의 천재, 아인슈타인
아인슈타인은 어딘지 모르게 천재 같지 않은 익숙함과 익살스러움이 가득하다. 그래서 지금도 전 세계인들의 사랑을 받는 과학자 된 것이겠지..? ⓒ 에르반의 고양이
빛은 오묘하다. 빛을 따라가다 보면 ‘양자(quantum)’의 세계로 연결된다. 아인슈타인의 또 다른 업적인 양자역학(quantum mechanics)을 빛을 통해 만나게 되는 것이다. 현대 과학은 빛과 양자, 다중우주론을 의미하는 초끈이론으로 이어진다. 하지만 아인슈타인은 광전효과 이론을 통해 양자역학의 태동에는 가장 큰 영향을 미쳤음에도 양자가 관측을 통해 확률로 결정된다는 ‘코펜하겐 해석’에는 강력하게 반발한다. 아인슈타인은 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”는 말로 양자역학의 확률 결정론에 이의를 제기한다.
아인슈타인의 반대편에 선 천재가 바로 닐스 보어(Niels Bohr)다. 닐스 보어는 아인슈타인과 양자역학 ‘배틀’(battle)을 벌인 또 다른 천재 물리학자다. 닐스 보어와 코펜하겐 연구소에서 과학자들은 양자와 같은 작은 단위의 세계에서는 입자와 파동의 중첩 상태로 존재하다가 관찰(측정)이 이뤄지면 파동 기능이 붕괴된다고 주장했다.
"아인슈타인, 네가 틀렸어!" 양자역학의 길을 연 닐스 보어
닐스 보어는 원자 구조의 이해와 양자역학의 성립에 기여한 노벨 물리학 수상자다. 그의 원자 모형론은 빛의 복사에 관한 이론이었던 양자론을 원자론에 도입하며 고전역학에서 양자역학으로 넘어가는 과정에 큰 영향을 미친다. 닐스 보어는 생리학 교수인 아버지 밑에서 태어나 유복한 환경에서 자신의 천부적인 과학 재능을 마음껏 발휘할 수 있었다. 그는 26세에 박사 학위를 따고 영국 케임브리지 대학 캐번디쉬 연구소에서 당대 최고의 물리학자였던 톰슨 교수를 만나게 되면서 원자론의 기틀을 다지게 된다.
당시에도 최고의 물리학자로 알려진 아인슈타인을 자신의 이론으로 날려버린(?) 닐스 보어. 쩐다.
ⓒ 위키미디어
닐스 보어는 원자 모형론으로 1922년 노벨 물리학상을 수상한 후 덴마크 코펜하겐대학 부설 닐스 보어 연구소를 설립하며 하이젠베르크, 로젠펠트, 파울리 등 양자역학의 성립과 발전에 기여한 수많은 학자들을 육성한다. 훗날 아인슈타인과 설전을 벌이게 되는 양자역학의 코펜하겐 해석도 바로 이 보어 연구소에서 나온 것이다. 아인슈타인과 닐스 보어의 ‘솔베이 대충돌’은 인류 역사상 기념비를 세울 역사적인 사건이었다. 화학자 어네스트 솔베이가 자신의 이름을 따 만든 학회 ‘솔베이 회의(1927년)’에서 만난 두 사람은 양자역학에 대한 서로 다른 시각을 설득하기 위해 대토론을 벌인다.
