물리 이야기- 로이드 모츠/ 아름다운 양자역학 이야기#1

이 책은 물리에 관한 이야기이다. 물리가 무엇일까? 더 큰 범주인 과학에 대해 알아보자. 저자는“지식이 부인할 수 없는 내부 추진력을 가지고 이 대단한 모험’에 열중하는 헌신적인 사람들의 집단에 의해 능동적으로 추구되는 것이다.”라고 정의한다. 단순히“창의적인 논문들에 의해 설명되고 책으로 모아진 한 아름의 지식 이상의 것”이라는 것이다. 즉, 어떠한 지식뿐 아니라 그 지식을 탐구하고 추구하는 것까지 과학이라고 정의하고 싶은 것 같다. 그리고 물리는 “자연의 기초적인 법칙들을 찾는 것으로 모든 과학을 유도할 수 있는 기본과학”이라고 정의한다. 참으로 마음에 드는 정의이다. 나는 과학을 좋아한다. 그중에서도 특히 물리를 좋아한다. 자연을 이해하기 위한 노력과 그 노력의 결과로 나타난 수식의 형태가 아름답다고 느낀다. 물리가 아름답다고 느낀다. 그런 내게 이 책은 미술작품을 좋아하는 사람이 미술 이야기를 읽을 때 느끼는 감정과 비슷했을 것이다. 흥미진진했고, 어떤 순간에는 설렜으며 어떻게 저런 생각을 했을까? 라는 의문에 페이지를 넘기지 못할 때도 있었다.

그렇다면 물리에 현재 상황에 관해서 이야기해 보자. 물리는 크게 두 축으로 나뉜다. 고전 물리와 현대 물리가 그것이다. 고전 물리는 뉴턴의 역학과 맥스웰의 전자기학으로 나뉘며, 현대 물리는 아인슈타인의 상대론과 플랑크와 보어를 필두로 수많은 과학자가 발전시킨 양자역학 두 가지로 나뉜다. 지금 다룰 내용은 그 많은 내용 중에서도 특히 양자역학에 관해 이야기를 해 볼 것이다.

양자역학은 무엇일까? 양자역학이라는 단어는 참 많이 들어보았지만, 정작 정확한 정의를 들어본 적은 없다. 그리고 참 넓은 분류여서 정의하기도 어렵다. “물리 입자 및 입자 집단을 다루는 현대 물리학의 기초 이론. 입자가 가지는 파동과 입자의 이중성, 측정에서의 불확정 관계 따위를 설명한다. 1925년 하이젠베르크의 행렬 역학과 슈뢰딩거의 파동 역학이 통합된 이론이다.” 표준국어대사전에 따르면 양자역학을 위와 같이 정의한다. 조금 더 정리하자면, 무언가가 양자화되어 있다는 것이다. 에너지가 양자화되어 있고, 광자라는 것으로 빛이 양자화되어 있다. 양자화란 불연속적이라는 뜻이다. 우리는 일상생활에서 에너지나 속도, 그리고 모든 물리량이 연속적으로 늘어날 수 있다고 생각한다. 그러나 사실은 그렇지 않다. 모든 것은 어떠한 최소단위의 정수배에 해당하는 값만을 가질 수 있다. 처음 이러한 주장을 한 사람은 플랑크이다. 에너지가 어떤 작은 단위의 정수배만을 가질 것이라 주장했다. 플랑크는 대체 왜 그런 생각을 한 것일까?

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