믿기 힘든 양자 : Incredible Quantum - 양자 속에서 인생을 배우다

고등과학원에 재직 중이신 박권 교수님께서 Horizon에 저술하신

'믿기 힘든 양자 : Incredible Quantum' 연재를 읽고 든 생각들을 간단히 정리해보았다.

 

Incredible Quantum 캡쳐

 

https://horizon.kias.re.kr/5201/

믿기 힘든 양자 Incredible Quantum [1]: 들어가며

 

박권 교수님의 ‘믿기 힘든 양자 : Incredible Quantum’에 대한 연재는 양자역학을 마치 기승전결이 완벽한 한편의 소설책을 읽은 것만 같은 기분을 주었다. 수업시간에 교수님께서 양자역학은 단순히 ‘미분방정식’을 푸는 것이 전부가 아니라고 했던 이유, 전체적인 흐름을 파악해야 하는 이유를 어렴풋하게나마 깨달을 수 있었다. 양자역학의 개념들은 서로 하나의 톱니바퀴 같은 움직임을 보였다. A를 알기 위해선 B가 반드시 필요하고, 또 B를 알기 위해선 C가 필요하다는 것을 유념해서 바라보는 시선이 필요해 보였다. 아마, 수식적 해석들보다도 이러한 톱니바퀴 같은 흐름을 알아갈 수 있었다는 점이 이 연재를 읽으면서 가장 크게 얻어갈 수 있는 부분이 아닐까 생각한다.

 

 

파동의 출렁거림을 표현하기 위해서는 ‘근원적인 파동함수를 다룰 때 왜 허수를 사용하게 되는지’에 대한 대답은 ‘파동 함수의 확률론적 해석’에 있고, 파동 함수의 확률론적 해석을 받아들이는 순간, 슈뢰딩거 방정식은 시간에 대한 1차 미분 방정식이어야 했고, 이 상황에서 파동을 기술하기 위해서는 허수가 반드시 필요했다. 그런데 파동함수의 확률론적 해석을 따르다 보면 파동 함수의 절대값의 제곱이 입자의 확률 분포를 준다는 해석을 할 수 있고, 그렇다면 실제로는 측정이 불가능한 위상각의 필요성에 대한 의문이 들게 된다. 하지만 이 위상각은 슈뢰딩거 방정식의 다양한 변환과 이 변환들 사이에서의 게이지 대칭성을 찾아내는데 하나의 실마리로서 작용한다. 이 대칭성은 또한 물리적 불변성을 대변하며, 자기 홀극의 부재, 전기장과 자기장에서의 근본적인 힘의 원천 등의 물리적 성질을 설명하는데 큰 도움을 주었다. 양자역학에서 파동함수의 확률론적 해석, 허수의 필요성에서부터 근본적인 힘을 설명하는 데까지 개연성이 존재한다는 사실에 나는 양자역학이 어쩌면 마냥 어렵고 딱딱한 학문만은 아니겠다는 생각을 하게 되었다.

 

양자역학하면 떠오르는 고양이. 나는 이 고양이를 생각하면서 이 문제가 참 아이러니하게 인생과도 닮은 부분이 있다고 생각하게 되었다. 우리는 살면서 수많은 선택을 한다. 나는 인생에서의 선택이 양자역학에서 observe에 비견된다고 생각한다. 우리가 A, B를 앞두고 고민을 하는 상태에서는 우리의 미래에 무엇을 선택하는 것이 현명했는지 알 수가 없다. 우리가 관찰하기 전에는 파동함수가 여러 state로 확률로써 존재할 수 있는 것처럼 말이다. 양자역학이라는 물리학의 언어를 이해하고자 하면서, 인생의 난제 ‘A선택지와 B선택지 중 어떤 선택이 옳은가’의 답 ‘선택(측정)하기 전에는 알 수 없다’를 찾아낼 수 있다는 것. 이것이 우리가 물리로 만물의 이치를 깨달을 수 있다는 예시 중 하나이지 않을까.

 

비록 물리학과 학생이 아닌 사람들이 양자역학을 직접적으로 미래에 사용하지 않을 가능성이 높지만 (하지만 물론 이 또한 확률론적 이야기일 뿐, 이 연재를 통해 접한 양자역학적 지식이 자신의 미래를 어떻게 바꿀지는 또한 모른다.), 양자역학에서 볼 수 있었던 논리 톱니바퀴의 움직임을 이해하고자 한 것과 ‘선택’ 전엔 알 수 없으니 두려움 없이 도전하라는 격언을 마음에 새길 수 있었던 것, 두 가지를 배워간다는 것 자체만으로도 지식보다 더 큰 무언가를 가져가는 것이 아닌가 생각이 든다.

 

수학과 과학을 깊이 공부한 사람이 철학적 고민을 한다는 것이 약간이나마 이해가 되는 보람찬 시간이 아니었을까 싶다.

박권 교수님, 그리고 김제형 교수님 감사합니다 :)

 

https://horizon.kias.re.kr/5201/ ,박권 교수님