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by 나는 누군가 Jan 29. 2023

앤트맨과 와스프

양자역학의 가능성을 영화적 시각으로 풀어내다.

우리가 살아가는 세상은 과학기술의 관점으로 바라보았을 때 계속 진보해 왔다. 생각보다 많은 기술이 이론단계에 머물러 있다가 영화의 소재로 사용되었다고 시간이 지나 실현되곤 했다. 달에 아무도 갈 생각을 하지 못했을 때 이미 달에 사람이 가는 영화를 만들었으며 화성은 이미 사람이 거주할 수 있는 가능성을 가지고 있다고 보고 있었으나 최근에 와서야 시기를 정하고 민간기업등에서 추진되고 있다. 과학에 기반한 진보와 관련된 부서는 한국의 과학기술정보통신부이다. 예전에 과학기술정보통신부 장관과의 미팅에 참석해서 미래기술과 관련한 이야기를 나누어본 적이 있다.

우리 몸을 이루고 있는 것은 물과 탄소, 단백질, 무기질등으로 구분해보기도 하지만 아주 작은 단위로 들어가면 원자로 구성되어 있음을 알 수 있다. 이 원자는 중력파가 미약하게 감지될 정도의 먼 곳에서 빅뱅에 의해 폭발하면서 수십억 년 혹은 백억년의 시간을 지나 지구에 도착에 우리의 몸을 이루고 있는 것이다. 사람의 몸은 과연 줄어들 수 있을까. 나이가 들어서 자연스럽게 키가 작아지는 것 말고 말이다. 그 가능성을 보기 위해서는 원자라는 것을 볼 필요가 있다. 원자의 중심에는 원자핵이 있고 그 주변에는 전자가 움직이고 있는데 공간의 크기로만 본다면 아주 미미한 수준의 면적을 차지하고 있다. 그렇자면 원자와 전자의 거리를 조절할 수 있다면 어떤 존재든지 간에 초소화할 수 있다는 의미다.

2월에 개봉하게 될 영화 앤트맨과 와스프는 양자역학을 다룬 영화이기도 하다. 영화 속에서 행크 핌 박사는 원자와 전자의 거리를 조절하는 기술을 개발하였고 이를 슈트에 적용하여 사람을 개미보다 작게 만들기도 하고 10층 건물만큼 키울 수도 있다. 그렇지만 원자의 크기보다 작아지면 안 된다는 규칙을 세웠다. 우리가 살아가는 세상의 기본적인 물리법칙은 원자단위에서 적용이 된다. 양자는 영어로 퀀텀 (Quantum)으로 완전히 다른 차원의 물리법칙이 양자영역(Quantum Realm)이다. 공간과 시간의 상대적인 세상을 열게 된 이론의 뒤에는 아인슈타인이 있었다. 그리고 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크는 전자와 같은 입자의 위치와 속도는 어떠한 방법으로도 동시에 측정할 수 없다는 불확정성의 원리를 발표했다. 아인슈타인조차 "신은 주사위 놀음을 하지 않는다"라고 반박했지만 지금은 받아들여지고 있다. 그 불확정성을 간단하게 표현한 것이 슈뢰딩거의 고양이이다.

양자역할을 좀 더 쉽게 말하면 "모든 것은 그럴 수도 있고 아닐 수도 있다"라고 보면 된다. 모든 것을 불확실하다는 의미다. 양자역학에 따르면 전자와 같은 작은 입자는 여러 개의 물리적 성질이 동시에 존재하게 된다. 양자 영역에서는 한 명의 존재가 모든 곳에 존재할 수도 있으며 살아 있을 수도 있고 죽어 있을 수도 있다. 이걸 양자역학에서는 중첩이라고 부르는데 이런 가능성 때문에 과학과 산업에서는 미래의 가능성을 보고 있다. 너무나 미세하게 움직임을 보이고 그것을 감지할 수 있기 때문에 초정밀도의 센서를 가진 기술을 적용할 수 있다. 영화 앤트맨에서는 불확정성을 보면 아무도 관찰하지 않았을 때는 여러 상태에 놓여 있다가 관찰하는 순간 그의 위치가 결정되어 버리는 것이다.

살다 보면 때론 생각이 연결되어 있다는 느낌을 받아본 적이 있다면 그것은 양자이론의 양자 얽힘일지도 모른다. 앤트맨에서 차용되는 양자이론으로 양자 얽힘인데 양자영역 내에서 서로 얽힘 상태에 있는 입자들은 아무리 멀리 떨어져 있어도 얽힘이 지속된다. 앤트맨 스캇 랭이 양자영역에 들어갔다가 1대 와스프인 재닛과 얽힘 상태가 되는 것으로 나온다. 생각하지도 못했던 얽힘은 상자실험으로 유추해 볼 수 있다. 양자영역에서 두 개의 상자에 각각 검은색과 흰색의 공을 놓아두었다면 어떻게 될까. 하나의 상자에 있는 공은 검은색이면서 동시에 흰색이다. 그렇지만 누군가가 공의 색깔을 확인하는 순간 거리와 상관없이 다른 상자에 있는 공도 그 색깔로 변하게 된다. 양자역학은 하이젠베르크의 행렬역학과 슈뢰딩거의 파동역학을 통해 미시 세계의 현상들을 설명해내고 있다.

얽힘이 가장 많이 거론되는 것은 바로 양자암호학이다. 복합하게 암호를 설정했지만 암호는 해킹에 의해 깨질 수가 있다. 그렇지만 양자암호학에서는 그 암호를 확인하는 순간 얽힘으로 인해 탈취하려는 정보는 완전히 다른 것으로 바뀔 수가 있다. 우리의 눈에는 보이지 않지만 물질을 구성하고 있는 소립자 차원에서는 에너지가 불연속적인 값을 갖게 된다. 파동과 입자의 이중성, 불확정성의 원리, 양자중첩, 양자 얽힘 등은 아원자 수준의 미세한 수준까지 내려가게 된다. 양자 기술은 미국에서 양자정보과학, 유럽에서는 양자기술, 한국에서는 양자정보통신기술, 양자정보통신등으로 명명하고 있다.

설명하자면 복잡하기도 한 양자역학의 중심이 되는 개념은 관찰이 아닐까. 확정되지 않은 상태에 있는 어떤 존재가 관찰하면서 규정되고 결국 연결이 된다. 퀀텀의 영역에 들어간 앤트맨에서도 가장 중요한 것은 사랑하는 사람을 관찰하는 것이었다. 기술적으로 주목받고 있는 양자역학은 0과 1로 만들어진 컴퓨팅에서 다른 가능성을 만들어내게 된다. 0도 1도 아닌 상태가 양자로 필요에 따라 변할 수 있다.

영화 앤트맨과 와스프: 퀀텀매니아는 슈퍼히어로 파트너인 스캇 랭'과 호프 반 다인, 호프의 부모 재닛 반 다인과 행크 핌 그리고 스캇의 딸 캐시 랭가 미지의 ‘양자 영역’ 세계 속에 빠진 그 곳에서 새로운 존재들과 무한한 우주를 다스리는 정복자 '캉'을 만나면서 벌어지는 이야기를 그렸다.

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