양자 불연속성의 존재론적 의미

6장. 마음이란 무엇인가 - 4

양자의 불연속성에 대한 발견은 1900년, 20세기가 시작되자마자 이루어졌다. 막스 플랑크가 빛의 에너지가 불연속적인 단위로 흡수‧방출됨을 발견한 후, ‘양자(量子)’라는 개념을 도입했기 때문이다. 오늘날 '양자역학'으로 불리게 된 과학 혁명의 출발점이었다.

플랑크의 발견 이후, 닐스 보어(Niels Bohr)는 수소 원자 모델에서 전자가 원자 핵 주위의 특정 궤도(에너지 준위)에만 존재하며, 궤도 사이에 존재하는 것은 불가능하다고 주장했다.

이미지 출처 : hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

그림에서 보듯이 수소 원자 내에서 전자는 n=1, n=2, n=3 등의 특정 에너지 준위에만 존재할 수 있다는 것이 그의 주장이었다. 그런데 수소의 에너지 방출 결과를 반영하면, n=1에 있던 전자가 에너지를 흡수해 n=2로 이동할 때 n=1에서 n=2로 서서히 다가가는 것이 아니라, n=1에서 사라지는 동시에 n=2에 마치 순간 이동을 하듯이 나타나야 했다. 점진적 변화가 아니라 도약이 이루어져야 했던 것이다. 최근에는 일상에서도 자주 사용하는 '양자 도약(quantum jump)'이라는 개념이 바로 여기에서 탄생했다.

물론 이후 양자역학이 더 발전하면서, 현재는 이 도약이 처음 제시되었던 것만큼 순간적이거나 무작위하지 않음이 밝혀졌다(그래서 현재는 '도약(jump)'이라는 표현보다 '이행(transition)'이라는 말을 더 선호한다). 하지만 여전히 전자가 발견될 확률이 높은 공간 사이에 불연속성이 존재하는 것은 사실이다.