어제는 정신적으로 맛이 좀 간 상태에서

[오토코노코로 설명하는 양자역학] 이라는 글을 썼었습니다.


많은 분들이 여기에 의견을 달아주셨습니다.
(그 대부분은 "오씨발 내가 지금 뭘본거지?" 지만)


하지만 양자역학이 늘상 되는 패턴이듯이 이해를 하기 힘든 거죠

아 물론 예시가 좀 그런 탓도 있지만요...


하지만 예시가 병X같긴 해도, 심하게 부적절한건 아니라고 봅니다.

왜냐하면 보통의 경우, 양자역학을 잘 이해하지 못하기 때문이고

그 이유의 99.9% 이상은

1. 입자와 파동의 개념을 이해하지 못한다.
2. 하이젠베르크의 불확정성의 원리를 잘못된 방식으로 이해하고 있다

이러하기 때문입니다.


하나씩 설명해보죠. 일단 1번보다는 2번부터 합니다.

2. 하이젠베르크의 불확정성의 원리는
즉 관측하는 방법이 관측대상에게 외력, 영향을 작용하기 때문에
관측이 부정확하다는 이야기이다.

어떤 분의 경우는 "해당 실험이 의미가 없다는 것이다"
라고도 했습니다.



네 말하자면

여러분들이 이해하는 불확정성의 원리는
그 의도와는 완전히 곡해된 이야기 입니다.

이러한 방식으로 누군가 설명을 하긴 했지만

이는 불확정성의 원리를 정말 안좋은 방법으로 설명했고 이해시킨 악례로 꼽힙니다.


왜냐하면 불확정성의 원리는

"관측방법이 물리적으로 어떠한 에너지가 들지 않는 방법 (불가능함)
이라 하더라도 여전히 불확정이다"

이기 때문입니다.

무엇보다 해당 해석 방식은 뉴턴역학에서도 말하는 것 정도고 (움직이는 물체는 운동량과 질량을 동시에 가지기 때문)
관측의 불확실성을 말할 뿐입니다.

즉 움직이는 물체라는 것으로 물체와 운동이라는 것으로 해석하는 것이지만

실제 불확실성의 원리에서 말하는 것은 그 의미를 뛰어넘는 것이죠.
 
입자상태와 파동상태가 동시에 존재하나 그것을 알 수는 없다
란 겁니다.



1. 입자와 파동에 대해서

보통 물리에 관심이 없으면
"입자상태와 파동상태가 동시라고? 그게 뭐 어때서?"

정도의 반응이지만

교양정도의 물리학인 뉴턴물리학에 조금이라도 마음이 있고 학식이 있다면

"하하하 무슨 개소리죠 남캐가 임신하는 소리 하시네"

라고 하게 됩니다.
(따로 짤은 다시 안올릴께요)



자 그럼 하나씩 설명해보죠.

우선 입자라는 것부터 갑니다.


입자라는 것은 무었일까요?

쉽게 말해서 작은 물체라고 보시면 됩니다. 여러분의 생각은 틀리지 않아요

일반적으로 이렇죠.

1. 작은 물체이다.
2. 물체이기에 질량이 있다.
3. 운동량을 지닌다.

이런 특징입니다







그렇다면 파동은 무었일까요?

양자역학이 적용되지 않았던 파동, 즉 구 뉴턴역학으로 파동은

"무언가가 떨림 등으로 발생하는 파장과 같은 것" 입니다.

대표적인 예로 "소리"가 있습니다.

자 그럼 이런 파동의 특징은 어떤가 하면

1. 물체가 아니다
2. 물체가 아니므로 따라서 질량도 없다
3. 매질을 통해서 전달된다 (소리는 공기를 통해서, 파문은 물 등을 통해서 전달)

파동을 이해하기 어렵다면, 일종의 운동에너지의 전달 이라고 생각하셔도 됩니다.
소리가 들리고, 물이 물결치는 것은 별도의 입자를 배출하는 것이 아니라
소리는 공기, 물은 물을 통해서 운동 에너지가 전달되는 방식이라는거죠.

파"動" 이라고 하는 이유가 이렇습니다.



자 문제는 양쪽의 2번이고, 파동의 3번입니다.

입자는 그것이 매우 적을지라도 질량이 존재하나

파동은 질량이라는 것이 있을 수가 없습니다.
또한 파동은 매개체를 통해야만 전달이 됩니다.






자 그럼 이제 물리학에 있어서 엄청난 혁명을 만들었지만
우리가 늘상 "보지만" 별 의문으로 생각하지 않았던 것을 말합니다.


바로 입니다.




(많은 분들이 이것을 혐짤이라고 하시더군요)

간단한 질문부터 시작하죠.

빛은 입자일까요, 파동일까요?

처음의 답은 간단했습니다.

입자입니다.

왜냐구요?
태양에서 우주공간으로 빛이 들어오니까요.

아무것도 없는 공간을 통해서 빛이 들어오는데, 그것이 파동일수가 없었습니다.


(우주에서 빛이 전달되고 보인다는 것은, 곧 빛은 입자성을 지녔다는 것을 의미한다)



위에 쓴대로, 파동은 매개체를 통해서만 전달되야 하니까요.

매개체가 없는 공간에서 전달된다면 그것은 입자를 의미합니다


게다가 아인슈타인이 직접 실험을 해서 빛이 입자성을 가진다는 것을 증명했습니다. (광전효과)


(광전 효과는 빛의 입자성에 대한 확실한 증명)




그런데 문제가 있었습니다.

"빛이 입자라면 질량을 가져야 한다"

라는 겁니다.

아인슈타인이 질량이 0인 것이라도 중력에 의해 휘어질 수 있음을 설명하긴 했지만,
그건 질량이 0일때를 가정하는 것이고

에초에 질량이 0인 입자 자체가 설명이 불가능하다는 거죠.

그런데 빛이 질량이 조금이라도 있다면?

그러면 빛이 광속도로 달린다는 것은 불가능합니다.

이러한 모순점을 지니게 된것이죠.





게다가 문제는 말이죠.

그 유명한 이중 슬롯 실험을 통해서 빛이 파동이라는 것이 증명된 것입니다.

그것도 실험방법에 따라서 입자의 결과가 나온다는 것까지 붙어서요.


(이중 슬릿 실험은 빛의 파동성에 대한 확실한 증명)



다음 과학자들의 대화는 멋대로 각색한 것입니다.



아인슈타인 (노벨상 수상자 : 저는 천재가 아닙니다. 그저 니들이 별거 아닐 뿐)

: 빛은 입자 맞다. 내 실험 모름?




닐스 보어 (노벨상 수상자 : 노벨상 그까짓거 좀하니 주더라)

: 그럼 이중슬릿 실험 설명해보던가



: (...)




하이젠베르크 ( 노벨상자 : 31살이면 노벨상 하나는 받아줘야 예의)

: 님들 내가 행렬역학 (입자) 으로 설명함





: 오 님 굿이요




슈레딩거 (노벨상 수상자 : 고양이들이 이 사람을 싫어합니다 and 이과생님들 슈레딩거 방정식 하이요)

: 나 방정식 만들었는데 이걸로 해석해보니 파동 맞음 (그 유명한 슈레딩거 방정식)



: 꺼저 병신아. 그거 해석해보면 복소수가 나오는데 니 재정신 맞나요
(복소수 : 제곱하면 -가 되는 수로, 허수 i 라고 한다)




: 어 근데 저 식 해석해보니 내꺼랑 같은 말이 되는데




: (...)





루이 드 브로이 ( 노벨상자 : 학교에서 학위논문을 냈는데 노벨상을 주네요 ㅎㅎ)

: 님들 그거 제가 정리해드림. 입자임과 동시에 파동임.




: 뭐래 병신이.



: 아니 저게 맞는거 같은데? 말은 안되지만




: 그럼 고양이를 상자에 넣고 독가스 장치를 50%로 나오게 하게 하면

고양이는 산 상태와 죽은 상태가 동시에 존재함? 말이 되는 소리를 처하세요




: 오 님 정말 멋진 말 하셨네. 그 설명 멋지네요.



: 이 병신들은 말을 거꾸로 해석하나




: 니들은 저게 맞다고 생각함?



: 꼬우면 반박해보던가.
(참고로 결국 보어의 승리로 판정하는 편)








이 논쟁을 보던 다른 과학자들






해당 내용을 접한 일반인들









해당 내용을 정리해서 기사에 써야 했던 각종 과학계 종사자들







즉 이러한 상황인거죠

본래 입자이면서 파동이라는 것은 "있을수가 없고 말도 안되는 일" 이였습니다.

그 속성이 너무나 극명하기 때문이죠.

그리고 그 두 상태가 동시에 존재한다는 것은

"뉴턴 역학에 대한 부정"과 동시에, 상상할 수 없는 영역을 의미하는 것이였습니다.


하지만 결국 무수히 많은 실험을 통해서 예측은 되었습니다.

즉 기존의 역학보다 양자역학이 훨신 맞는 결과를 예측하는 것으로

양자역학이 옳다는 것을 증명하게 된거죠.


"이해도 안되고 말도 안되고 비논리적인 말" 이
"가장 맞는 결과를 예측하고 도출" 한다는 겁니다.



지금 우리는 아무렇지도 않게 전자기파를 이용한 각종 물건을 사용하고 인공위성을 쏘지만

물리학자들 입장에서는 아무것도 없는 공간에 파동을 쏘는 것과 동시에

질량이 없는 입자가 튀어나가면서 그 두개는 같은 것이라는 말도 안되는 말일 뿐더러

더 짜증나는 것은 관측을 하면 해당 결과가 나온다는 겁니다.

그 특성이 서로 모순됨에도 불구하고 말이죠.

(그리고 그걸 방정식으로 풀면 이과생들"도" 싫어합니다)





이렇게 해서 대략적인 것의 설명을 끝내겠습니다.

이전에 오토코노코로 설명을 하려고 했던 것은

반은 개그 + 오이겔 이라는 요소도 있지만

나머지 이유는

"입자와 파동은 남자와 여자 이상으로 차이가 나는 대상"
"허나 양자역학에서 그 둘은 동시에 존재하는 상태"

임을 말하기 위해서였습니다.


남녀의 차이는 쉽게 생각하지만

파동과 입자를 말하면 "그게 뭐?" 하는 경우가 많거든요.















p.s.

? : 저 하이젠베르크님 이론 하나 좀 들어주세요


: 그래 꼬마야 말해봐라







? : 질량도 입자가 있지 않을까요?









: 꺼저 병신아 그딴 이론은 쓰레기통에 처넣어







피터 힉스 ( 노벨상 수상자 : 힉스 입자를 생각, 발견)

: 네 ㅜㅜ 귀찮게 해서 죄송합니다....
(당시에는 꼬꼬마)



p.s. 어째서인지 오토코노코 설명이 더 평가가 좋아서 링크합니다.