양자 역학과의 이해
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양자역학과
서론
고전 물리학이 무너지고 현대 물리학으로 들어오면서 과학은 비교할 수 없을 정도로 어려워 졌다고 생각한다. 기존 물리학에 있던 동시성과 결정성이 무너져서 모든 입자의 운동은 확률로만 계산할 수 있다는 것이 밝혀지고, 수많은 과학자들은 혼란에 빠졌다고 한다. 이런 양자역학과 상대성이론이 만들어낸 현대물리학의 특성은 수많은 사람들에게 영향을 주었고 물리학자나 학생이 아닌 이상 신비하고 매우 어려운 학문으로 보이기 시작했다. 하지만 이런 현대 물리학은 고전물리학보다 세상의 신비를 좀 더 정확하게 알 수 있게 되었으며, 우주의 탄생비밀과 아주 작은 입자들의 정체, 시간과 공간에 대해서 여러 가지 가설을 만들어낼 수 있게 되었다. 이런 양자역학이지만, 내가 궁금했던 점은 ‘과연 이 믿을 수 없는 신비한 일들은 정말로 사실일까? 과학자들은 그것을 실제로 완벽하게 증명 할 수 있을까?’하는 것이었다. 예를 들자면 초끈이론은 현재 이론으로만 성립되어있고 증명은 되지 않았다고 한다. 너무 작아서 보이지도, 만질 수도 없으며, 어떤 기계를 사용하더라도 우리가 초끈이란게 무엇인지는 수학적으로, 과학자들이 그리는 삽화로만 애매하게 이해할 수 있다. 과연 서양과학이 아닌 동양과학이었다 하더라도 이런 양자역학으로 발전 할 수 있었을까? 그것에 대해서 생각해보려고 한다.
양자역학과 우주
예전부터 우주에 관한 이야기는 많이 있었으며, 이 세계의 탄생에 관한 설화는 몇몇가지 존재한다. 성경에 적혀있는 대표적인 창조론이 있으며, 중국에서는 거인이 죽어서 땅이 되었다. 하지만 그때는 아무도 ‘우주’에 대해서 생각하지 않을 때였으며, 그 당시에는 아무도 지구 밖은 거의 텅 비어있는 진공이 존재한다는 것을 몰랐을 것이다. 그렇다, 우리나라에 지동설은 17세기가 되도록 나오지 않았다고 하며 http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=570&docId=630984&mobile&categoryId=1305
그마저도 유럽의 지동설에서 영향을 받은 결과라고 한다.
양자역학에서 우주는 흥미로운 공간이다. 우주의 탄생은 곧 공간과 시간의 탄생이며, 우주의 끝은 마찬가지로 공간과 시간의 끝이다. 그렇기 때문에 물리학자들은 우주에 대해서 연구를 많이 해왔으며, 나온 다중우주 가설만 해도 10가지가 넘어간다고 한다. 빈틈없이 가득 채워져 있을 것 같은 물리학에서도 중요한 일이 되면 이렇게 여러 가지 주장이 나오게 된다. 왜냐하면 우리의 관찰에는 한계가 있기 때문이다. 이는 인식의 한계이며, 빛의 한계이기도 하다.
생각해 보면 두 한계는 비슷한 면이 있다고 할 수 있다. 단지 옛날 사람들은 저 하늘을 바라보면서 우리가 보는 것을 바탕으로 가설을 새웠으며, 현대 물리학자들은 현재 밝혀진 이론들과 방정식들은 기준으로 우주에 대한 가설을 새운다. 두 사람 모두 자신의 한계가 존재하는 것이다. 물리적으로 지구에서 얼마 이상 떨어진 거리는 아무리 노력해도 관측 할 수 없다고 한다. 브라이언그린, 박병철 옮김 ‘멀티유니버스’ 김영사 59p.
이를 우주 지평선이라고 하는데, 과거의 선조들에게 있어서는 그것이 우주로 나갈 수 없는 한계였을 것이다. 자, 그렇다면 현대 물리학자들은 이런 우주에 대한 가설을 영영 증명 할 수 없을 것인가?
우리가 볼 수 있는 우주는 정말로정말로 지극히 일부분에 불과한 우주지만, 물리학자들은 원래 우주 전체를 바라보기 보다는 작은 증거를 발견해서 크게 이어놓는 것을 잘한다. 뉴턴이 정리해놓은 고전 물리학은 우리가 지금까지 보았던 상식들- 떨어지는 물건, 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하는 에너지-을 수식을 사용해서 정리했다고 할 수 있다. 동양과학에서 나오는 한방요법도 그렇게 만들어졌을 것이며, 첫 번째 수업 때 배웠던 것처럼 원래 과학은 글로 남기는 것에서 시작되는 것이었을 것이다. 그렇다면 동양에서도 연을 날리다보면, 화학을 개발하다보면, 더 높이, 더 멀리 이동할 수 있었을 것이며 그것을 적어놓는 과정에서 누군가 다시 그 지식을 정리했을 것이다. 그렇게 우주에 대해서 알게 되고, 사람들은 우주에 대한 상상을 펼칠 것이다.
양자역학에서 이야기하는 우주는 마치 자연 철학에서 옛날 사람들이 이야기 했던 것처럼 신기한 우주에 대해서 이야기 하고 있다. 다른 차원에 존재하는 우주, 무한하게 나열되어있는 우주, 블랙홀을 통해서 태어나는 우주 등등... 예전의 철학자들이 말하는 우주는 자신의 생각을 말하며, 거기에 여러 가지 예시를 넣어 설득력을 높이려 하고 있었다면, 지금의 물리학자들은 몇 가지 수식을 가지고 거기에 자신의 생각을 넣어서 자신의 다중우주론을 구상해 내고 있다. 역사가 반복되듯이 과학사도 이렇게 반복되는 것일까?
양자역학과 초끈이론
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