결정론의 몰락

  뉴턴은 우주는 신이 태초에 태엽을 감아 놓은 거대한 우주 시계와 같다고 생각했다. 시계는 뉴턴의 세 가지 운동법칙에 따라 지금까지 똑딱거리고 있는 것이다. 뉴턴적 결정론이라고 부르는 이 이론은 우주의 모든 입자의 정확한 운동을 수학적으로 결정할 수 있다고 기술하고 있다. 

  프랑스 수학자인 라플라스는 모든 미래에 일어날 사건은 태초의 모든 원자의 초기 운동 조건이 알려져 있다면 미리 알 수 있다는 것이다. 예를 들어, 가장 극단적인 결정론은 지금부터 10년 후 당신이 어느 식당에서 식사할 것이며 무엇을 주문할지도 미리 계산할 수도 있다는 것을 기술하고 있다. 이 견해에 따르면 우리가 천국에 갈지 지옥에 갈지도 미리 결정된다는 것이다. 

  그러나 하이젠베르크에 따르면 이 모든 것은 비상식적이라는 것이다. 우리의 운명은 천국이나 지옥으로 결정되어 있지 않다. 불확정성 원리는 우주에 고립되어 있는 개개의 원자들의 정확한 행동을 예측하는 것을 불가능하게 한다. 게다가 원자 크기 이하의 영역에서는 단지 확률만이 계산 가능한 것이다. 보기를 들면, 한 전자의 정확한 위치와 속도를 아는 것은 불가능하기 때문에 전자의 개별적 행동에 대해 많은 것을 예측하는 것은 불가능하다. 그러나 많은 양의 전자들이 어떻게 행동하는가 하는 확률은 놀랄 정도의 정확도를 가지고 예측할 수 있다. 

  예를 들어, 매년 대학입시를 치르는 수백만의 학생들이 어떻게 시험을 치를지 예측하기는 어려우나 전체적인 평균은 놀라울 정도로 정확하게 결정할 수 있다. 실제로 종 모양의 곡선은 매년 거의 변하지 않는다. 따라서 수백만의 학생들이 그들이 시험을 보기 전에 어떻게 볼 것인지를 예측할 수 있는 것이다. 그러나 어떤 한 학생의 결과에 대해서는 아무것도 예측할 수 없다. 

  이와 비슷하게 한 개의 방사성 우라늄 핵의 경우에는 그것이 언제 얼마만큼의 에너지를 방출하며 붕괴할지 정확하게 예측할 수 없다. 양자역학에서는 실제로 핵의 상태를 측정하지 않고 그것이 아직 그대로 있는지 아니면 붕괴했는지 말할 수 없다. 실제로 양자역학이 하나의 핵을 기술할 수 있는 유일한 방법은 핵을 두 가지 상태의 복합체라고 가정하는 것이다. 즉, 그것이 측정되기 전 하나의 우라늄 핵은 물리학자에게 있어서는 그대로 있는 상태인지 붕괴된 상태인지 전혀 알 수 없다. 개개의 핵이 둘 또는 보다 많은 다른 상태의 결합체라는 이 기묘한 가정에 의해 양자역학은 놀라울 정도로 높은 정확도를 가지고 수백만의 우라늄 원자가 붕괴하는 비율을 계산할 수 있다.