애매모호하지만 거대한 양자(quantum)의 세계

팟캐스트 '과학이 빛나는 밤에' 양자물리학 혁명 1~6편 후기 

애매모호한데 거대한 양자(quantum)의 세계 - '이해한다는 것'은 도대체 무엇인가?

양자물리학의 등장이 '혁명'이라 불리는 이유는 학계의 '자만심'을 무너뜨렸기 때문이다. 과학자들이 세계를 해석하는 '태도' 자체를 뒤흔들었다. 양자의 개념이 등장하기 전까지는, 갈릴레이-뉴턴의 고전 물리학계는 합리적인 인간의 사고로 우주가 작동하는 원리를 완벽하게 설명하는 날이 머지 았다는 자신감으로 가득 차 있었다. 이 시기의 수학자였던 라플라스는 "우주에 있는 모든 원자의 정확한 위치와 운동량을 알고 있는 존재가 있다면, 이것은 뉴턴의 운동 법칙을 이용해, 과거, 현재의 모든 현상을 설명해주고 미래까지 예언할 수 있다."라는 무서운 말도 했다고 한다.

하지만 뉴턴 물리학으로 설명할 수 없었던, 오류라고 치부해서 무시하고 있었던 일들, 미시세계에서 일어나는 이상한 일들이 점차로 드러나기 시작해 눈덩이처럼 불어나서, 더 이상 오류가 아닌 어떤 현상이라는 것이 밝혀지면서 자만심으로 가득한 과학계를 두려움에 떨게 만들었다.

1900년 막스 플랑크가 '흑채복사문제'를 해결하기 위해, 에너지의 최소 단위로써 '양자'의 개념을 처음으로 도입했다. '에너지'라는 것은 인과관계가 뚜렷한 선형적 존재가 아니라 아주 미시세계로 들어가 보면, 뚝뚝 끊어져 있는, 언제 어디서 어떻게 나타날지 모르는 존재라는 비선형적인 세계관이 등장한 것이다. 인간의 '이성'으로는 이해할 수 없는 '양자'라는 개념으로, 고전역학으로 설명할 수 없었던, 원인이 없이 일어나는 이상한 현상들이 설명이 되었다. 

수소 원자의 확률적인 구조에 대한 아인슈타인과 보어의 지성의 진검승부부터, 하이젠베르크의 행렬역학, 이중슬릿 실험의 결과인 "전자는 입자이고 파동이다?", 데이비드 봄의 '숨은 변수 이론', 벨의 정리 등등,, 백 년이 넘도록, 특정 원인으로부터 추론이 되지 않는 현상을 설명하기 위한 과학자들의 노력이 현재까지 지속되고 있다. 이제는 이 문제에 대하여 이곳저곳에서, 물리학 뿐만 아니라 뇌과학, 심리학, 철학에 이르는 거의 모든 분야에서 이 애매모호한 현상을 설명하기 위해 다양한 이론을 내놓고 있다. 우리가 그 기작을 정확히 알 수 없는 '마음'과 '역학'을 연결시키는 이론까지 등장했다. 

'과학'이 마치 끝을 향해 달려가고 있다는 느낌이 든다. 과학적이지 않다고 여겨졌던 '마음'을 과학의 끝판왕인 '물리학'과 연결시키다니,, 숨은 변수 이론은 지금 우리가 살고 있는 세상은 아주 일부에 불과하다는, 뭔가 그 뒤에 거대한 질서가 있을 것이라는 두려움도 주었다.

양자물리학이 무엇인지에 대해 처음 들었을 땐 마냥 신기하고 재밌는 개념이라고 생각했었다. 하지만 '이해'를 해보려고 상상도 해보고 정확히 무엇을 말하는지 찾아보기도 했지만 점점 내 머리로는 도저히 상상히 불가능해서, 내가 왜 이걸 이해해야돼? 라는 데까지 이르렀다. 이성적인 사고로는 이해가 불가능하다. 파인만이, "양자역학에 대해서 이해한 사람은 아무도 없다"라고 했다는 말을 보고 처음엔, '왜? 이에 대해 설명하는 과학자들은?'이라는 생각밖에 안 들었다. 알고보면 난,,, '이해'하는 것이 무엇인지도 '이해'를 못하고 있었다. 하아,,,,,,,

by illy