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by 이경느님 Jul 05. 2018

양자가 뭐길래?!

앤트맨2 스포주의 : 쿠키영상은 2개입니다.

오늘은! 양자역학에 대한 이야기.


영화 속 양자는 무엇? 양자역학이라는 건 대체 무엇? 에 대하여

제가 감히 답해보겠숩니당!


-


참고로,

<사람들이 제일 궁금해하는 쿠키영상 개수!>

넵,

영화 "앤트맨과 와스프",

쿠키영상은 2개입니다.

1개째는, 인피니티 워의 극적인 상황 당시, 앤트맨과 주변 인물들이 무엇을 하고 있었는가?

2개째는, 그냥 앤트맨 특유의 유머와 해학을 담은 장면. 짧은데, 영화가 완전히 종료하고 나서야 나옵니다.


-


때는 바야흐로 어제, 7월 4일 수요일.

앤트맨2, 즉 앤트맨과 와스프 영화를 보았다.

어제가 개봉일이다.

여기 적힌 7월6일은 미국개봉일.


지난 회차의,

번역에 관한 글에,

https://brunch.co.kr/@lhilosophy/35

개봉 전에,

"어벤져스-인피니티워", "앤트맨2 - 앤트맨과 와스프" 등,

그리고 그냥 나의 상상을 보탠 스포 아닌 스포 등등을 더해서 글을 썼는데,

나의 사고의 흐름상 등장한 단어들 중, 특히, "앤트맨" 단어를 검색하여 클릭하고 오시는 분도 있으신 것 같아,

재빨리 영화를 보고 그 쿠키 여부에 대해서도 말해야겠다 싶었다.


그래서 개봉일에 빠르게 보았다.

라라랜드의 극장이미지를 삽입해보았다.JPG


그러므로,

이런저런 이야기를 하단에 시작하겠사오나,

다 시 한 번 !

스포주의!


우선,

쿠키영상은 위에도 쓴 것처럼 2개이다.


그리고,

이 글은,

본 영화에서 자주 언급되는,

양자(Quantum)

에 대하여 쓰고자 하는 글이다.


왜냐하면?

나는 대학 때 양자공학을 전공했으니까! 뜨든!

지금은 전혀 다른 분야들의 필드에서 활약 중입니다만.

어쨌든,

그래서 조금 알기 쉽게, 지금의 시선으로,

제3자가 어렵다고 느낄 수 있는 그 "양자"라는 것에 대하여 설명을 해보고자 한다.


-


이 이야기를 하려면,

영화에 대해서도 스포할 수밖에 없다. 흙흙모래모래자갈자갈


그러므로

아직 영화를 보기 전이시거나, 스포를 싫어하신다면,

이 밑의 글은 읽지 말고 아껴뒀다가,

영화 감상 후에 보시면 좋을 것 같다.

(세 번째 강조임!)


-


1. 영화 중 등장하는 양자 관련 단어들


대략의 줄거리는 이렇다.


앤트맨은 가택연금상태였는데,

지난 앤트맨1 에서, 앤트맨(스캇 랭)과 파트너였던 호프 반 다인,

그녀와 그녀의 아버지 행크 핌 박사가,

지난 독일에서의 사건으로 숨어 지내다가,

앤트맨, 정확히는 랭이 욕탕에서 잠시 졸고 있는 동안, 꿈에서 호프의 어머니(재닛)에 빙의된 느낌을 받고, 이유 모를 감정들에 (경찰 몰래) 호프 및 핌 측에 전화하여, 그 얘기를 함으로써 새로운 사건이 시작된다.

그리고,

앤트맨이 설명하는 재닛의 행색과 호프의 별명 및 장롱의 색깔 등, 여타 정황들로부터,

호프와 핌은, 핌의 와이프 재닛 = 그녀가 와스프다. - 가 "살아있다!"는 확신을 갖고,

연구하며 만들어두었던 양자터널!을 사용하여, 재닛이 있는 곳에 가서 재닛을 데려온다.

이건 앤트맨 촬영중 셋트인듯. 왜냐하면, 터널과 연구소 축소본은 같은 물체이므로 2 이상 존재할수없뜸!


그 과정에서,


분자 불안정화를 겪는 "고스트"라는 소녀와,

핌 박사의 친구였다고 하는 "빌 박사"가 함께 등장하게 된다.

(고스트와 빌 박사의 관계를 설명하며, 쉴드 얘기가 나오는데, 이것은 아마 마블의 드라마 "에이전트 오브 쉴드"에서 연결되지 않을까 싶다.)


더불어,


(1) 앤트맨1,에서 여지를 줬던,

앤트맨이 아주 미세한 단위로 급격히 작아졌다가 다시 원래 상태로 돌아올 수 있다는 점,과


(2) 지난 브런치 글 "번역과 오역은 한끗[끝]차이" 글에서도 말했듯,

앤트맨2의 캐스팅에 이미 핌 박사의 와이프 "와스프"(정확히는 미셸 파이퍼)가 캐스팅되어 있었던 것,

으로부터,


그녀(와스프)의 부활(혹은 복귀)은,

영화보다 전에 이미 예견되어 있었고,


지난 글에서도 언급했던 것처럼,

(계속 등장하는 지난 글 : https://brunch.co.kr/@lhilosophy/35 )

인피니티 워에서도,

그들이 싸우기 전, 앤트맨이 가족 사정으로 오지 못했다며, 다음 싸움에의 여지를 주었다.


그래서인지,

TV CF에서도,

"앤트맨과 와스프"영화 CF 중, 아예 대놓고,

"인피니티 워의 문제를 해결할 키를 가진 앤트맨! 그 결과는 어떻게..?"라는 식으로 홍보를 하더라. 핳ㅎ하ㅏ

이것도 실은 스포나 마찬가지!!


어쨌든,

즉, 인피니티워 영화에서의 흐름상 그리고 왠지 느낌상,


앤트맨2 및 다음 어벤저스 시리즈 등에서

(참고로, 다음 어벤져스의 시리즈 타이틀은 "The end game"이라고 한다.

이것도, 원래라면 "마지막 게임"이라고 번역되어야 하는데, 지난 오역으로 인하여, 우리나라는 "마지막 게임"이 아닌 "가망 없음"St...저런..)

분자 원자가 아닌, 양자의 장르에서 이들이 놀거나 문제를 해결할 것 같다는 생각에,

지난 글에,

슈뢰딩거의 고양이를 언급했었다.

양자역학으로부터, 고양이가 죽었을까?살았을까?에 대한 차원적 고민 등.


그리고,


어쨌든 스포를 미리 주의하였으므로 이야기하면,


쿠키영상 1에서,

앤트맨이 양자의 단위로 들어간 순간,

재닛, 핌 박사, 호프 반다인(앤트맨의 파트너이자 연인)은 미숫가루가 되어 사라진다.

즉, 타노스가 손가락을 타탁! 하는 순간의 그들에게 일어난 일!이다.


그리고 끝을 맺는다.


이렇게 영화가 끝나기까지,

양자에 대한 단어가 몇 가지 등장한다.


- 양자 터널

- 분자 불안정

- 양자 얽힘 현상

그 외에도 몇 가지 더 있었는데 잘 기억나지 않는다.

암튼 계속 양자가 등장한다.

오죽하면 앤트맨도, "양자"단어 없이는 아무 대화 못하냐며 박사들에 일침(?)한다.


# 참고로,

와스프가 코믹스에서는 앤트맨보다 마블의 원년멤버이며, 지식과 리더십을 가진 캐릭터,

그리고 영화 말미를 보면, 와스프가 고스트를 고쳐주는 등, 영적인 느낌의 능력도 갖고 있는 것 같다.

그러나 본론은 그것이 주가 아니므로, 패쓰.


2. 그럼 양자가 뭐야?


2-1. 양자의 정의


양자란,

"물리학에서 상호작용과 관련된 모든 물리적 독립체의 최소 단위",

즉, 에너지나 포텐셜 등의 물리적 작용력을 가진 사물의 최소 단위이다.


양자 단위의 물리학은 온전히 완결되지 않았다.

그래서 학자도 이론도 많고, 원리도 많다.

난 고등학교 때 물리라는 학문이 너무나도 좋았다. 재밌었다.


그리고,

양자가 빛으로 이동하는 것이 "광양자"라는 것인데,

아인슈타인이 노벨상을 받은 것은,

상대성이론이 아니라,

이 광양자라는 것의 존재를 통하여 노벨상을 받았다.


2-2. 양자, 분자, 원자는 달라?


그렇다, 다르다.


분자는, 분리 가능한 단위라고 생각하면 좋을 것 같다.

물분자, 수소분자 또는 공기분자 등,

이미 조합되었거나, 혹은 단일 객체로 존재하는 등의, 공기 중에 떠다니는,

각 나뉘어 존재하고 있는 상태의 단위가, 분자이다.


또한 분자는,

2~3개의 원자로 이루어진 것도 있고,(우리가 옛날 화학 시간에 자주 배웠던 결합구조들)

수만 개 이상의 원자로 이루어진 것도 있다.

# 이 경우(수만 개 이상의 원자로 이루어진 분자)는, 고분자라고 부른다.


원자는,

원자핵과 전자가 합쳐서 이루어진 것이다.

즉, 안에 +와 -의 자기장이 존재한다.

그리고 원자핵 안에는 양성자와 중성자가 존재하는데,

이 양성자의 숫자를 통해서 원자가 무엇인지(산소인지? 수소인지?)를 구분한다.


과학기술이 급속도로 발달하기 전에는,

양성자와 중성자 정도까지가 밝혀냈던 사실들이고,

최근에 이르러서는, 양성자 및 중성자는 쿼크라는 입자로 이루어진 것으로 밝혀지기도 했다.



2-3. 양자역학은 무엇?


그럼, 양자는 그렇다 치고,

양자역학이란 무엇일까?


고전역학에서는,

물질의 에너지는 연속적으로 이어진 것으로 해석하여 공식이나 이론을 전개했었다.


그러나, 점차 그 단위를 쪼개어 작아질수록,

물질의 에너지들은 연속적이 아니라 불연속적(이것을 에너지의 양자화라고 부른다.)으로 되어 있다는 것이 발견되었다.

이 불연속에 대한 것을 발견하여 구체화한 사람이, 막스플랑크이다.

생물은, 자기 눈에 보이는 영역의 빛에 대한 구간이 대략 정해져 있으며,

이 구간 내의 빛을 가시광선(한자 그대로, 볼 수 있는 빛)이라고 부르는데,

파장과 에너지의 그래프에 대하여, 고전역학으로는, 파장을 공식에 대입했을 시, 에너지가 무한대로 발산하게 되는 것이다. (레일리-진스 이론을 참고.)


그래서, 이 문제(현실과 그래프가 맞지 않는 문제)를 해결하고자 하면,

에너지는 불연속적인 것으로 추정하게 된다.


이를테면 아날로그가 아닌 디지털.

0,1처럼, 뭔가의 알갱이가 존재하는 것이다.


그래서 에너지는 연속적이 아니므로, 선형이 아닌 계단식 증가 개념으로 도입함으로써,

결과,

공식과 실험과 현상이 함께 들어맞도록 되었다.(이것은 플랑크가 노벨상을 받았다. 플랑크 상수의 플랑크임.)

# 이와 관련하여, 빛을 흡수해버리는 흑체라는 가상의 상자가 등장하는데,

그것도 설명하기 시작하면, 이야기가 너무 길어지므로 생략한다.


플랑크는 원래 빛이 파동이라고 설명했었고,

에너지의 불연속 이론이 나옴에 따라, 학자들은 혼란스러워졌다.

그러나 실험 결과들로부터, 그리고 다른 과학이론들과의 검증 과정에서도,

에너지가 불연속적이어야, 아인슈타인의 광양자설(빛이 양자)과도 맞아든다.


즉 조금 다르게 표현하면,

빛은 작은 입자들, 작은 에너지덩어리들의 모임이며(그래서 디지털이며 정수배로만 존재, 불연속.)

결과,

빛은 입자이기도 하고 파동이기도 하다,

라는 결론으로 귀결하게 된다.

# 또한, "드브로이"라는 사람이 물질의 이중성을 주장하면서, 모든 물질은 입자성과 파동성을 동시에 지닌다고 받아들여지게 되었다.



이러한,

"빛의 입자-파동 이중성"이,

플랑크와, 아인슈타인 이후, 여러 학자들에 의해 진화되어가면서,

양자물리학이라는 학문이 자리 잡게 되었다.


뉴턴의 만유인력이나 중력, 운동의 법칙들이, 눈에 보이는 거시적 세계라면,

양자 즉 미시적 세계의 과학이 새로이 열린 것이다.


# 참고로 전혀 뜬금포의 다른 이야기이지만, 만유인력은, 인력이 그것을 끌어당기는 힘이라고 되어 있는데,

혹자의 설들에서는, 이것이 끌어당기는 것이 아니라, 밀며 유지하는 힘이라는 해석으로도 풀이한 경우가 있다고 하니, 궁금하시면 찾아보시면 흥미로울 것 같다.


2-4. 양자역학은 완성된 것인가?


먼저,

양자역학(Quantum Mechanics)은,

결정 격자 내의 소립자(전자, 중성자, 양성자, 광자, 쿼터....) 운동 역학을 뜻한다.

# 중성자나 쿼터 등은 위의 설명들에서도 언급하였다.


또한, 양자역학의 3대 원리에는 다음의 내용들이 있다.

- 에너지의 양자화(principle of energy quanta)

- 파동-입자의 이중성(wave-particle duality principle)

- 불확정성의 원리(uncertainty principle )


에너지의 양자화, 파동-입자의 이중성은, 위 2-3에서 설명한 바이고,

불확정성의 원리는 하이젠베르크라는 사람이 설명했는데,

원자보다 작은 입자(전자, 중성자, 양성자 , 광자 등 : 소립자)는,

그 위치를 파악하면 속도를 파악할 수 없고 <- 관측하는 순간 빛을 필요로 함에 따라, 영향을 받음.

속도를 측정하고자 하면, 위치를 파악할 수 없다.

라는 이론이다.


그래, 그럼 그렇다 치고..


3. 양자 터널이란 무엇인가?


영화에서 양자터널이라고 가정하여 만든 물체에 대해서 설명해보겠다.


3-1. 양자터널효과란?


"양자터널 효과" 라는 것이 있다.


양자역학은,

위에서 언급했던 것처럼,

고전역학에서 설명할 수 없는 여러 가지 현상들을 해결하기 위해 태어난 이론이 그 배경이다 보니,

고전역학에서는 해석 불가한 상황에 대하여 설명 가능한데,

그중 하나가 양자 터널 효과(quantum tunneling effect)이다.



여러 개의 동일한 높이를 갖고 있는 언덕들이 있을 때,

첫 번째 언덕에서 구슬을 굴리기 시작하면,

고전역학에서는 구슬이 두 번째 언덕을 넘을 수 없다.

구슬이 두 번째 언덕 꼭대기까지 이동하려면 포텐셜에너지가 필요하고,

이것은, 첫 번째 언덕에서 구슬을 처음 굴릴 때의 전체 에너지보다 커야 하기 때문이다.


하지만 미시세계에서는,

자신이 가진 운동 에너지보다 더 높은 포텐셜 장벽을 뚫고,

마치 언덕을 통과하듯이, 터널처럼, 입자가 이동할 수 있다.

이 현상을 양자 터널 효과라고 한다.


이것은, 이를테면,

빛이 유리에 부딪히면, 일부는 반사되고 일부는 투과하는 것처럼, 입자가 이동하는 것이라고 설명할 수 있다.

위에서도 짚었듯,

빛은, 입자이기도 하고, 파동이기도 하기 때문이다.

그리고, 물질파의 경우, 포텐셜장벽(자신이 가진 전체에너지보다 높은 에너지를 가졌어야 한다.)을 만나면, 일부는 반사하지만 일부는 투과할 수 있다.

# 간단히 말하면 위와 같고,

참고로 파동의 성질은, 전자기파와 물질파가 있으며,

전자기파는 장애물을 투과하는 설질이 있되, 벽 투과 시, 벽의 재질 및 전자기파의 파장에 따라 영향을 받는다. (전자기파와 전자파는 서로 좀 다른 개념이다.)

그리고 물질파는, 파동의 성질을 갖고 있으므로, 포텐셜장벽을 만나야, 일부반사 및 일부투과.

이 때, 원자핵이 입자를 방출하는 "α붕괴"라는 현상이 있는데, 이처럼 양자터널효과로 인하여, α입자(방출된 입자. /α입자= 양성자 2개, 중성자 2개로 이루어진 헬륨 원자의 핵)가 장벽을 넘어 바깥세상으로 발현할 확률은 존재하지만, 발생을 정확히 예측 불가하며, 확률적 기술(記述)만 가능하다.


3-2. 그래서?


여기서부터는 내 추측? 의견? 인데,


A.

위 3-1.에서 다룬 것처럼,


양자터널효과의 양자터널은,

물질이 에너지를 그대로 갖고 투과하는 것

이다. 어딘가로.


B.

그에 더해서,

기존에 앤트맨 슈트에서 있는 기능인,

축소 기술.

이것이 앤트맨1에서도 주인공을 극한상황에서 아주 작은 영역의 입자로 바꾸었었으며

(그리고 캐시의 목소리를 듣고 다시 되돌아올 수 있게 된다.)

앤트맨2에서도 슈트의 버튼을 이용하여, 축소와 확대를 단계별로 다양하게 번갈아가며 하게 되는데,


C.

이 때의, 양자터널이, 의도한 물질의 흐름에 맞추어 움직이도록,

[1] 포텐셜장벽 즉 "이 엄청난 물질투과를 위한" 전체에너지,를 극대화시키고,

[2] 양자레벨의 우주선? 같이 생긴 이동수단이, 목적한 지점까지 거대하고 장대한 거리를 이동하기 위한 이동에너지를 극대화시키기 위하여,


발전소 같은 연구소가 열심히 축적하고 연구한, 커다란 에너지를,

호스?파이프?를 이용하여, 가득 터널에 주입해야 한다는 것.

잇츠마이 결 론!


그렇다보니,

▶ 이 터널에의 에너지 주입영화적 갈등요소를 더하기 위하여,

ㄱ. 고스트라는 소녀가 등장, 이 거대에너지를 자기몸에 넣고자, 뺏고뺏기는 장면의 연출.

(게다가 왜 연구소 내에 고스트소녀의 집 침실같은 "유리관"이 마치 준비한 듯 있었는지, 참 모를 일이다.^^)

ㄴ. 밀거래조직이,

ㄴ-1. 에너지의 극대화 시 결정적으로 도울 소품?물질?을, 호프에게 돈다발을 받으며 거래하는 씬과,

ㄴ-2. 연구소와 에너지를 다른 곳에 팔아먹고 싶어서, FBI를 부름으로써 스캇(앤트맨)의 가택연금 알리바이 씬.

을 연출한다.


그래서,


정리하면,


이동체(주인공)를 축소해서(B.),

물체들을 투과한다(A.)

연구소에 축적해둔 호스의 에너지를 이용해서(C).


이것이 영화 속 양자터널이다.


하지만 양자라는 입자는 너무 미세하여,

정확한 위치도 알고, 속도도 빛의 속도 정도까지 끌어당기지 않으면,

목표 설정이 불가능할 것이므로,


영화에서도 나왔던 것처럼,

재닛이 본인의 위치를, 마치 스캇에 빙의(?)하여 알려주는 것이다.

난 여깄다, 고.


"스캇(앤트맨)의 뇌에 어떻게 빙의해서 메시지를 보냈고 알려준 것인지?",

이 구조는 정확히 나오지 않지만,

재닛의 새로운 능력들 중 하나일 것이다. (하단 3-3. 의 3-3-2 참조.)


3-3. 그리고?


그리고,


영화 대사 중,

3-3-1.

양자의 세계에서는 시간과 공간의 흐름이 일반 세계와 다르다.

라는 말을 하는데,


만약 양자와 빛을 어느 정도 동일시하여, 위처럼 투과하거나 속도를 내거나 존재한다면,

양자가 움직이는 속도(또는 에너지를 인위적으로 받아 움직이는 속도)는,

빛의 속도에 준할 수 있는데,


빛의 속도보다 빠르면, 과거로 돌아갈 수 있다.

타임머신의 원리이다.


그래서 추후 양자의 단어를 꺼냄으로써 영화 내에서,

시공간의 흐름을 역행하거나 조절하기 위한 떡밥(?)으로 보인다.

그렇다!

이번 영화에서는,

- 누구나가 탐내는 대형 연구소,

- 양자 터널 개발,

- 고스트 치료와 분자 불안정에 대한 해결,

- 세계관 확장(미시세계와 양자역학의 등장),

- 시간여행 가능성 등 

엄청난 떡밥과 재료들이 던져진 것이다!


또한,

3-3-2.

재닛이 후반부에 말한다.

- 이곳(양자세계)에 있다 보니, 진화하게 되었다고.


그래서, 고스트를 고쳐주거나, 그 전 단계에서 양자세계에 들어온 핌 박사가 "여긴 어디 나는 누구?!"라고 혼란스러워할 때 등,

상대방의 관자놀이에 손을 가져가 분자 불안정이라는 고스트의 불안정을 고쳐주는 행위처럼,

기존의 와스프 슈트를 입고 가능한 앤트맨의 능력들, 기능들 이외의,

새로운 어떤 능력들을 갖게 되었음이 암시되는 것 같다.


언뜻 보기엔 화면 CG상, 양자,분자로 영적인 부분을 다스리는 것처럼 보일 수 있지만,

실제로는 과학적이고 물리적인 부분만을 건드리거나, 그에 힘을 쏟았다.


정확히는,

내가 마블코믹들을 완벽하고 치밀하게 읽어둔 상태가 아니라서,

그리고 내가 뭐 마블 직원도 아니므로,

대사에서 추측할 수 있는 것은 이 정도.


-


지난 어벤저스 인피니티 워 영화를 보고,

이 다음은

(앤트맨을 이용하여) 양자의 세계를 구체적으로 다루려고 하는 것 아닐까?라고,

당시 혼자 머릿속으로 추측했을 때,


왠지 생각났던 것은,


크리스토퍼 놀란의 "인터스텔라"이다.

여기서도,

새로운 5차원 공간이라는 존재를 반전에 가까운 극적요소로 등장시킴으로써,

주인공이 시간의 굴곡을 경험하거나 새로운 차원을 통하여 메시지를 보내고 문제를 해결하지 않았던가?

그래서,

4월 25일 개봉일 당시(이때도 개봉 즉시 보았음!) 영화를 보며,

뭔가 과학적 차원적 전개와 가능성이라는 점에서, 인터스텔라가 떠올랐었는데,


앤트맨을 보니,

역시나,

- 새로운 차원,

- 시간의 굴곡 가능성을 다루고,

- 딸과의 유대관계 이런 점에서,

인터스텔라를 떠오르게 하는 부분이 살짝 있다.


차원(유니버스)의 해석과 이용은 물론 전혀 다르지만 말이다.


비슷하듯 다른,

하지만 차원과 세계관에 대한 관점,이라는 측면에서는,


영화 전개상 약간 일맥이맥삼맥, 상통하는 부분이 있는 것 같다.


-


그래서 이번에는,

포스팅 중에 영화의 스포를 내포할 수밖에 없지만!


어차피,

영화의 자세한 설명이나 아쉬운 점, 숨은 복선들, 대사의 정확한 뜻 등등은,

다른 분들이 인터넷 상에서 자세히 잘 설명해주실 것 같고,


나는,

영화에서 나오는

"양자"라는 것

에 대해서만 오늘 조금 심도 있게 다뤄보았다.


그럼 이만!

뿅!



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