(4) 역시 물리는 어렵다 (from. 어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까?)

  최근 물리학에 대한 재미있는 책을 읽게 되면서 새로운 물리학 관련 교양서적(어떻게 물리학을 사랑하지 않을 수 있을까?)을 읽고 있다. 이 책은 유튜버 리뷰엉이님의 영상을 통해 책을 추천받아 읽게 되었다. 나름 쉽게 물리학을 설명해서 일반인들이 이해하기 편한 물리 교양서적이라는 이야기를 듣고 기대감을 안고 읽게 되었다.

 

  그러나 나한테는 해당사항이 없는 얘기였다. 오히려 지난번 읽은 「시간은 흐르지 않는다」라는 물리 교양서적이 더 이해가 잘 되었다. 그렇다고 하여 책을 읽은 것을 후회하느냐고 하면 그렇지도 않다. 이번 책을 통해 왜 여러 사람의 의견을 들어야 하는지, 왜 한 분야에서도 여러 책을 읽어야 하는지 다시 한번 깨달았다. 체계적이고 정립화되었다는 인상을 주는 물리의 세계라고 해도 말이다.

 

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  물리학의 세계와 세상의 진리에 대해 설명해 준 「시간은 흐르지 않는다」라는 책을 읽었을 때, 당연히 의심하지 않고 세계는 이렇게 구성되어 있구나라고 생각했다. 정말 좋은 안경(관점)을 얻은 기분이었다. 그런데 이번 책을 통해서 지난 책의 이론은 여러 이론 중 하나인 '고리양자중력''고리 양자중력'을 기반으로 한 설명이라는 것을 깨닫게 되었다.

 

  나의 지난 글(11 세상을 이해하는 가장 객관적인 도구)에도 설명했지만 '고리양자중력'이론은 '중력장'은 '(중력)양자'라고하는 우리 세계의 물리적 현실을 구성하는 작은 입자들이 엮어서 만들어진 것이며, '중력장'이 곧 '시공간' 그 자체임을 주장하는 것이다.

 

  이번 책을 통해 '고리양자중력이론' 역시 '양자중력'을 설명하기 위한 여러 이론 중 하나임을 알게 되었지만 지난번 책의 저자가 잘못되었다는 말은 아니다. '양자중력'을 설명하기 위한 여러 이론들은 검증된 실험적 증거를 토대로 만들어지기 때문이다.

 

  그런데 양자 세계의 실험과 발견은 모든 물리학자들이 공유할 텐데 이런 여러 이론이 등장하는 것에 의아함을 느꼈다. 이 역시 책에서 친절히 설명해 준다. 물리학자들도 사람의 인지 범위를 벗어난, '양자 세계'에서 아직까지 근원적인 무언가에 대한 명확한 해답을 찾지 못했기 때문이다.

 

  양자 세계에서 실험을 통해 검증되고 측정되는 양자들의 성질 중 우리의 인지 수준에서는 서로 공존할 수 없는 것들에 대한 근본적인 답을 제시하지 못하는 것들이 있다. 예를 들어, 전자의 '이중슬릿 통과 실험'을' 통해 전자가 입자와 파동의 특성을 가지고 있음을 알게 되었지만 이런 특성을 동시에 관측하는 것이 불가능하다.

전자가 이중슬릿을 통과하는 순간을 카메라로 관측하면 전자는 입자의 특성을 뛴다 (슬릿을 통과해 그대로 스크린에 위와 같이 달라붙는 게 관찰된다 )

 

카메라의 관측이 없다면 전자는 파동의 특성 을 띈다 (전자가 파동의 특성을 띄어 이중슬릿을 동시에 통과하고 서로 간섭을 통해 위와 같이 스크린에 달라붙는게 관찰된다 )

  물리학자들은 위의 전자 이중 슬릿 실험을 통해서, 양자의 '*얽힘'과 '*결잃음'이라는 특성을 해석해 낸다. 그러나 카메라가 관측하냐 안하냐의 차이로 왜 이런 모순적인 특성이 발생하는지에 대한 전자의 근원적인 부분은 설명해 내지 못한다. 이를 두고 '아인슈타인'과 '닐스 보어' 같은 유명한 물리학자들도 여러 이론을 제시하고 토론하기도 하였다.

 

* 얽힘 : 동일한 양자 특성을 가진 입자들은 아무리 멀리 떨어져 있어도(우주 반대편에 떨어져 있어도) 연결되어 있어 한 쪽에 사건이 발생하면 즉시 다른 쪽에 영향을 미친다는 개념. 이 개념이 성립하려면 두 입자 간의 소통이 빛의 속력보다 빨라야 한다. '상대성 이론'에 의하면 빛보다 빠른 물질은 세상에 없기에 아인슈타인은 이 개념에 대해 부정적이었다.

 

* 결잃음 : 양자계와 주변 환경 사이의 결합이 강할수록, 입자의 양자적 특성이 주변 환경으로 새어나간다는 개념. 위 실험에서는 카메라의 관측 행위로 양자의 '불활실성(양자중첩)''불활실성(양자 중첩)'특성이 사라져 '확실성'이 생기고(카메라에 찍힘), '얽힘'에 의해 슬릿을 통과하는 전자가 다른 구멍으로 통과하는 동일한 특성의 전자에 영향을 주어 관측되지 못하게 만든다.(어렵지만 그런 특성이라고 한다)

 

  물리 교양서적에 관심이 많으신 분들은 이 책을 통해서라면 현대사회를 이끄는 물리학의 수준이 어디까지 왔는가를 느끼고 여러 제시되는 관점들의 비교를 통해 인지를 높일 수 있을 것이라고 생각한다.