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천문학

양자역학을 이해하기 위한 세계관 설정

모두의동네친구 2020. 10. 2. 14:57

우리는 일상 생활에서 많은 사람을 만납니다. 그러나 우리가 그 사람의 몸은 구성하는 산소, 탄소나 원자핵 주위를 도는 전자가 눈에 보이지는 않습니다. 존재하나 보이지 않는 세계. 오늘은 양자역학에 대해서 설명드리도록 할게요. 덴마크의 물리학자 닐스보어는 이런 말을 했습니다. "양자역학을 보고도 제정신인 사람은 그걸 제대로 이해 못 한 것이다" 영화 인셉션의 스토리를 만든 영국의 물리학자 로저 펜로즈는 "이론과 실험이 일치하며 동시에 심오한 수학적 아름다움을 갖추었지만 이건 전혀 말이 안된다"고 말할정도로 양자역학은 어려운 세계이죠. 너무 작은 세계이기 때문에 상상하는 것이 쉽지 않습니다. 우리가 사용하고 있는 전자제품은 모두 양자역학의 원리로 만들어졌고 스마트폰과 컴퓨터도 양자역학이 없었다면 존재하지 않았을 것입니다. 고전역학은 물리학에서 가장 오래된 분야로 뉴턴의 운동법칙을 기본으로 하는 역학입니다. 어떤 물체가 있을 때 이 물체의 위치와 속도를 알면 과거나 미래의 상태도 예측할 수 있다는 의미입니다. 양자역학에서는 시간에 따라 다음 상황을 예측하는 것이 불가능합니다. 위치와 속도 둘 중에 하나는 반드시 알 수가 없죠. 아주 작은 세계에서는 입자가 어디에 있는지 알면 어디로 얼마나 빨리가는지 알 수 없고 운좋게 속도를 알아내면 도대체 어디에 있는지를 알 수가 없습니다. 포켓몬스터를 보면 물리적으로는 이해할 수 없는 일들이 일어납니다. 작은 포켓몬이 몬스터볼 속으로 들어가는 건 그 세계관을 이해해야만 이해할 수 있는 설정이죠. 일단 이러한 양자역학을 이해하기 위해서 원자에 대해서 먼저 설명드리도록 하겠습니다. 

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