내 세상, 내 상상
양자물리학으로 본 세상
관찰자 효과, 지켜보고 있다
앞서 다뤘던 뇌과학과함께 상상의 가치를 더하는 또 하나의 과학이 바로 '양자역학'입니다. 양자역학에서 밝힌 내용에 따르면, 인간의 생각과 감정은 우주를 구성하는 양자들을 변화시키는 에너지라는 것입니다. 우리가 의식을 집중해 계속 생각하면, 양자들은 자신이 꿈꾸는 물질의 형태로 모습을 드러냅니다. 양자 세계에서 상상은 자신의 소망을 이루어 줄 강력한 도구인 셈이죠. 꿈을 이루기 위해서는 자신의 생각을 선택해서 상상하면 되는 겁니다. 양자역학에 관심이 생겨 양자역학의 실험 중 하나인 '이중 슬릿 실험'을 알아봤어요. 이 실험은 양자역학이 세상에 나오기 전 실험입니다. Electron gun으로 전자를 그림과 같이 구멍 뚫린 벽면으로 마구 쏘면 전자가 어떤 식으로 통과가 되는지에 대한 실험인데요, 다음과 같습니다.
미립자를 쏠 수 있는 장치로 두 개의 슬릿이 있는 벽에 전자를 쐈습니다. 당시엔 입자로 알고 있었던 전자이기에 슬릿을 통과한 전자만이 그대로 직진하여 입자의 운동처럼 결국 두 줄이 표현될 거란 모두의 예상을 깨고, 여러 줄무늬가 만들어졌습니다. 이를 보고는 전자가 두 개로 쪼개지거나 파동의 운동을 하지 않는 이상 이렇게 나타날 수 없다고 했죠. 그래서 이 과정을 관찰하기로 합니다.
관찰 결과는 모두를 소름 돋게 했습니다. 실험 내용을 관찰하느냐 안 하느냐만 바꿨을 뿐인데, 이 전자가 처음 예상했던 것과 같이 입자처럼 운동을 한 결과 두 줄로 표현된 것입니다.
분명 파동형 운동을 한 것을 이미 증명해냈는데, 그럼 이렇게 생각할 수 있습니다. 여러 줄무늬로 나타났던 수 많은 전자들이 돌파할 확률 중, 단 두 줄이 통과하는 결과만이 관찰자의 세계에 표현되어 나타난 것입니다.
이는 후일에 생긴 양자역학에서의 '아무리 기이하고 터무니없는 사건이라 해도, 발생 확률이 '0'이 아닌 이상 반드시 일어난다'는 물리학적 아이디어에 기초합니다. 이 현상은 우리의 세상에 나타나기 전까지는 물질이 확률적으로 이리저리, 여기저기에 자유분방하게 멋대로 존재합니다. 양자역학을 통해 말하고자 하는 건, 놀랍게도 세상은 우리가 상상한 대로, 생각한 대로 된다고도 볼 수 있습니다.
있지만 없고, 없지만 있습니다
이중 슬릿 실험을 본 슈뢰딩거라는 한 과학자가 양자역학이 거짓임을 증명하기 위해 한 실험인데요, 직접 한 실험은 아니지만 사고실험인데 안이 보이지 않는 상자에 고양이, 방사능 계측기에 방사능 물질을 넣어 둡니다. 이 방사능 물질이 붕괴할 확률은 반반입니다. 방사능 물질이 붕괴하면 방사능 계측기에서 전류가 발생하여, 기계장치가 작동되고, 기계장치가 독이 든 약병을 깨뜨리게 됩니다. 따라서 고양이는 50%확률로 독에 중독되어 죽게 되는거죠.
[네이버 지식백과] 슈뢰딩거의 고양이 [Schrödinger's cat] (물리학백과)단순하게 확률만을 보면 반반이지만, 이를 양자역학적으로 봤을 때에는 관찰하기 전 고양이가 죽거나 살아있는 상태 둘 다를 동시에 가지게 된다는 것입니다.
이때, 슈뢰딩거는
"현실에서 전자가 이중성을 갖게 되면 동시에 두 가지 상태를 가진 고양이가 있어야 하는데, 이런 상태는 존재하지 않으니 양자역학은 틀린 것이다!"
라고 주장했습니다. 이는 관찰할때 고양이는 중첩된 상태가 아닌 살아있거나 죽은 상태를 갖게 되기 때문입니다. 또 상자를 여는 과정이 관찰인지, 아니면 인과관계로 연결된 상자 속 일련의 과정이 관찰인지는 모호합니다. 하지만 양자역학으로 봤을 때에는 다른 여러 확률의 상태를 동시에 가진다는 그 자체가 본질이라고 하는거죠.
'뜬금없이 양자역학을 왜 설명하는거냐?'라고 하실 수도 있습니다. 하지만 지금 보실 내용은 상상의 세계를 흔들어 놓습니다. 위 내용을 더 알기 쉽게 얘기하자면, 관측하는 순간 죽은 고양이와 산 고양이 각각의 상태를 가져간 세상으로 두 갈래로 나눠진다고 볼 수 있습니다. '그럼 직접 상자에 들어가서 확인해보면 참인지 거짓인지 확인할 수 있지 않냐?' 맞는 말입니다. 그래서 비슷한 사고실험을 했습니다.
제가 랜덤으로 총알이 발사되는 총을 들고 있습니다. 공중에 쏜다면 아마 이렇게 될 것입니다.
탕 철컥 철컥 탕 탕 철컥 탕 철컥 철컥 철컥
당연히 러시안 룰렛처럼 랜덤하게 발사되겠죠.
하지만 이 총을 제 머리에 겨냥하고 쏜다면, 즉 양자역학에서 주장하는대로 된다면 제게 일어날 상황은 아마 다음과 같을것입니다.
철컥 철컥 철컥 철컥 철컥 철컥 철컥 철컥 철컥 철컥
'이게 무슨 말이야?' 할 수 있지만 정말 말도 안 되지만 제가 살 수 있는 확률이 0.00001%라도 있다면 이 세상에서 저는 죽을 수 없다는 것입니다. 그 이유는 간단합니다. 이런 상황이라면 방아쇠를 당기는 순간 확률상 죽은 상태, 산 상태 둘 다를 가져야 하는데 과학자가 말하길, '인간은 죽은 상태를 느낄 수 없으니까' 아무리 0에 가까운 적은 확률이라도 살게 되는 그 결과만을 느낄 수밖에 없을 것이고, 그렇기에 제 세상에서의 '저'는 죽을 수 없다는 것입니다. 물론 다른 사람의 세계에서 저는 확률 싸움에 죽었을 수도 있습니다. 마치 각자의 세상이 있는 것처럼요. 그렇다면 이렇게도 생각할 수 있습니다. '세상 모든 사람이 죽더라도 내 세상의 나는 살아있을 수밖에 없다.', '내 세상에서 죽은 다른 사람들은 그들의 세상에서 멀쩡히 살아있을 수도 있다.' 모든 선택은 스스로 하는 겁니다. 세상 단 하나뿐인 자신의 세계에서 말이에요.
혹시 모르죠. 만약 정말 그렇다고 한다면.
아무래도 내 세상이 좀 더 살기 좋은 세상이 되면 좋지 않겠습니까?
그렇기 때문에 우린 긍정적으로 생각하고, 그 영향력을 이 세상에 널리 퍼트려야 한다는 겁니다.
