양자역학 (3) - 레알참트루 모르겠다는 이유에 관한 이론 (불확정성의 원리)

1편 요약

보어 : 원자는 띄엄띄엄 원궤도를 도는 전자가 있는데 이때 궤도를 넘나들며 빛을 흡수/방출을 해.

 

2편 요약

보어 : 궤도를 넘나들 때, 궤도 사이를 이동하는게 아니라, 사라졌다가 나타나. 이유? 그건 나도 몰라.

 

하이젠베르크 : 궤도라는 걸 생각하지말고, 원자가 발하는 빛 에너지를 측정해서 원자를 설명해볼게.

 

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과학계 : ? 않이.. 원자를 이해했대메? 우린 이해한 니가 이해가 안돼.

- 원자의 궤도에 대해, 전자가 궤도를 넘나드는 것에 대해 공식으로 나타내라고.

- 빛의 에너지를 측정해서 그걸 행렬역학인지 뭔지를 원자라고 규명하지 말고.

 

궤도를 제외시킨 채로 빛의 에너지만으로 양자역학을 규명했던 하이젠베르크의 행렬역학은 기존 과학계에 "왜 궤도를 제외시켰나"라는 의문에 설명이 필요했지만..

그럼에도 "행렬역학"은 수학적으로 완성된 양자역학의 이론으로 자리매김한다.

- 그래서 더 많은 양자역학의 시스템에 대해 좋은 답을 내놓기 시작.

- 즉, 결과만 중시하는 사람(과정따위는 논외로 하고 실용적인 것만 알고싶어하는 사람)에겐 더 없이 좋은 "행렬역학"!

 

 

하.지.만!

"왜 궤도는 설명못하나?"라는 호기심에 대해 고심하기 시작한 보어+하이젠베르크..

(심지어 하이젠베르크는 답답한 마음에 울었다고도 한다.)

 

하이젠베르크 : 엉엉, 알 수 없다면 왜 알 수 없는지 증명해낼테다!

 

그래서 2년 후, 하이젠베르크는 "모르는 이유"에 대한 이론 "불확정성의 원리"를 발표한다.

 

하이젠베르크 : 몰라, 젠장. 모른다고! 왜 모르는지 얘기하면 이제 더이상 묻지말라고!

 

과학계 : 오, 아는 것에 대한 증명은 아니지만.. 그래도 얼른 말해봐.

 

하이젠베르크 : 본다는 게 뭘까?

 

과학계 : ... 응? (설마 보어처럼 헛소리하는 거 아냐?)

 

하이젠베르크 : 우리가 무언가를 볼 때에 그 무언가에 영향을 줄 수 있어. 그래서 그 무언가를 100% 정확하게 이해하기 위해 보려면 (그 무언가에 영향을 주지 않기 위해) 우리는 존재하지 않아야해.

 

과학계 : ...에라이

 

 

***

음.. 쉽게 생각해보자. 여기 커다란 상자가 있다.

이 안에 누군가가 살짝만 뭔가가 닿아도 와르르 무너지는 모래성을 지었다. 그런데 이 안에 우리는 "손"을 넣어야만 관찰이 가능하다고 할 때.. 이 모래성을 올바르게 완벽히 관찰할 수 없다. 조금이라도 닿으면 그 형체가 와르르 무너지기 때문.

또 아이스크림이 있다고 하자. 이때 우리가 맛을 보지 않는다면 이 아이스크림의 형태는 완벽히 보존되지만, 맛을 보지 않는다면 이 아이스크림이 무슨맛인지 알 수 없다.

즉, 이 아이스크림이 무슨 맛인지, 아이스크림의 형태를 완벽히 보존한 채 파악할 방법은 없다.

 

그러면 하이젠베르크의 말을 다시 생각해보자.

"무언가를 100% 정확하게 이해하기 위해 보려면 (그 무언가에 영향을 주지 않기 위해) 우리는 존재하지 않아야해"

 

여기서 본다는 행위는 3가지 과정으로 나눌 수 있는데..

1) 빛이 무언가(대상)에 맞음

2) 대상의 원자가 빛을 흡수, 방출

3) 방출된 빛이 눈에 들어옴

=> 이때 2번 작용이 대상을 교란시킬 수 있다는 점. 그래서 100% 완벽한 측정이 불가하다는 것.

 

따라서, 우리가 대상을 측정할 때

1) 그 대상이 교란을 일으키고

2) 우리가 그 교란에 대해 정확히 알 수 없다면

=> 그런 측정행위를 통해 얻어낸 결과로는 대상의 기본적인 위치정보 조차 파악 못할 거라는 것

이것이 하이젠베르크의 불확정성 원리의 핵심OF핵심!

 

하이젠베르크 : 내가 이런 이유로 진짜 궤도의 "궤"짜도 모르는 거라고. 대신 수학적으로 완성된 행렬역학만 내세우는 거야.

 

과학계 : 모른다는데 뭔 이유가 이렇게 장황하지? 그래, 너 모르는 거 인정해줄..

 

??? : 잠깐!

 

하이젠베르크의 "진짜 나는 레알참트루 모르오"라는 것에 대한 장황한 이론(불확정성의 원리)에 대해 인정해주려는 찰라 누군가가 등장한다. 그 누군가는 바로

 

아인슈타인이였다.