양자물리

양자물리의 가장 어려운 점은 직관적이지 않다는 거다.

아인슈타인은 슈레딩거의 고양이를 이해할때 "무수히 많은 상자가 있다면 그중 반은 고양이가 죽었고 반은 살아있다"라는 걸로 이해했다고 한다. 하지만 그게 아니다.

파동식으로 정의되는 전자의 위치는 전자가 양자 주변을 광속으로 움직여서 어느 순간에 그 지점에 있을 확률이 얼마로 정의되는 게 아니다. 이렇게 생각해보자.

양자 주위에 전하구름상에 삼각형의 세 꼭지점을 찍는다. 전자는 점 A,B,C 각각의 지점에 순차적으로 존재할 수 있다.

그런데 꼭지점 A,B,C를 어떤 순서로 지나든 전자가 그곳들을 모두 지나려면 운동 방향을 바꿔야 하므로 가속도가 필요하고 

양자 주위의 전기장에서 가속도를 가지면 전자는 전자기파를 발산하며 에너지를 잃는다. 따라서 결국 전자는 에너지를 잃고 양자에 추락해야 한다. 그러나 현실에선 이런 일이 일어나지 않는다. 

따라서 이건 전자 자체가 입자로서 한 시점에 한 지점에 존재하는 게 아니라 파동으로서 넓게 퍼져서 존재한다는 의미여야 한다. 

파동식은 그저 수식으로 존재 확률을 기술할 뿐이지, 그게 뭐냐, 왜 어떻게 그렇게 된다는 거냐가 없다. 

게다가 양자물리학자가 수식으로 작업을 하는 이상은 식의 창안자도 그 뜻을 알기는 어렵겠는 걸로 보인다.

파인만이 이런 말을 한 적이 있더라.

"상대성 이론을 이해한 사람은 이 세상에 12명 정도 있지만 양자역학을 이해하는 사람은 단 한 명도 없다."

이젠 상대성 이론은 어지간하면 이해하니 양자역학을 이해한 사람도 있겠지만, 

그 수가 많지는 않아서 그런지 상대성 이론처럼 '완전히 이해한 사람이 이해하기 쉽게 풀어서 설명해주는' 경우가 없다.

그나마 직관적으로 설명된 하이젠베르그의 불확정성의 원리는 "위치를 정확히 관측하려면 주파수가 짧은 빛으로 관측해야 하고, 주파수가 짧은 빛일수록 높은 에너지를 갖기 때문에 그 빛이 입자의 속도를 바꾸므로 위치를 정확히 관측할수록 속도는 부정확해진다"라고 설명하는데 이것도 결국 고전적인 존재론과 토대가 다른 양자역학을 고전적인 입자간 충돌 모델로서 설명하기 위한 썰에 불과해 보인다. 

파동의 에너지는 진폭의 제곱에 비례한다. 

(에너지=일=힘*거리=(질량*가속도)*거리=질량*(거리/시간^2)*거리=질량*거리^2*시간^2)

그리고 파동으로 표현된 물질의 존재확률도 진폭의 제곱에 비례한다. 

파동식으로서 존재하는 물질을 직관적으로 이해하려고 하니 이런 형태로 보인다.

이해를 위해 평행차원을 가정하자.

나란히 늘어선 두개의 면의 형태다. 

윗장에 해당하는 면 A는 우리가 존재하는 차원이고, 아랫장에 해당하는 면 B는 우리가 존재하지 않는 차원이다.

이건 위치에너지와 운동에너지간 교환처럼 에너지와 질량간의 교환에 대한 비유가 될 수도 있는데,

여하간 A면에 있는 두 입자간에 위치가 곂치면 충돌이 일어나고 양 입자가 모두 영향을 받는다.

B면에 있을때에는 충돌이 일어나지 않는다.

파동으로 존재하는 물질인 피관측체는 A면과 B면 사이를 오가며 진동하고 있다. 

A 차원면 위로 한 점(관측점)을 움직인다.

회전하는 선풍기 날개 사이로 물체가 지나갈 수도 있고 충돌할 수도 있듯이,

또는 상하로 빠르게 흔드는 손 사이로 공이 지나갈수도 있고 충돌할 수도 있듯이

A차원에서 관측점은 피관측체와 충돌할 수도 있고, 그냥 지나갈수도 있다. 

관측점이 A차원면에서 피관측체와 만나게 되면, 즉 관측점과 피관측체가 충돌하면, 그게 그 지점에 피관측체가 존재하는 것이 된다.

이때의 충돌확률이 '존재확률'이다.

따라서 관측점과 피관측체간의 충돌이 없이는 피관측체는 A면상의 어디에 있다고 특정할 수 없다. 

그리고 관측은 관측점과 피관측체간의 충돌이므로, 피관측체에게 아무런 영향도 주지 않은 채로 관측하는 것은 불가능하다.

"관측되기 전에는 실체를 가지지 않는다"라는 양자역학의 관점은 직관적으로 이해되기 어려우나,

이상의 관점에서 생각하면 피관측체는 A차원과 B차원을 오가는 진동의 형태로 객관적으로 존재하기는 한다.

다만 A차원에서 특정되어야 만이 A차원 즉 현실에 영향을 줄 수 있을 뿐이다.