닥치고 시작하라

빛은 입자이면서 파동이다. 토마스 영은 단일광원으로부터 나오는 빛을 서로 가까이 위치한 두개의 슬릿에 비추었다. 그러자 슬릿 뒤에 위치한 스크린에 입자라면 결코 생길 수 없는 간섭무늬가 생겼다. 이를 재밌게 여긴 드 브로이라는 과학자가 비비탄총처럼 쏠 수 있는 전자를 가지고 이중 슬릿 실험을 하였다. 누가봐도 입자인 전자를 전자총으로 쏘면 당연히 스크린에 두 줄이 생길거라고 예상했지만 간섭무늬가 생겼다. 이것은 마치 멀리서 불빛만 보이는 차 한대가 다가오는데 나를 통과해 지나간 것과 같다. 전자가 어떻게 지나갔는지를 보기 위해 관찰하는 순간 간섭무늬가 사라졌다. 여기서 관찰이라 함은 빛을 비추는 것이다. 빛을 비추면 빛이 전자에 부딪혀 관측하기 전까지 불확실했던 전자의 상태를 결정하여 입자처럼 되는 것이다.

모든 물체는 원자로 이루어져 있고 원자는 원자핵(양성자+중성자)과 전자로 구성되어 있다. 원자를 확대하면 원자핵과 전자 사이의 위치는 엄청 떨어져있어 마치 비어있는 것과 같다. 거미줄 뒤로 배경이 보이듯 사람도 사실 투명인간에 가까워야 한다. 그러나 그 내부가 보이지 않는 건 전자기력 때문이다. 전자는 원자핵이 보이지 않도록 전자기력으로 결계를 치고 있고 원자의 외곽에 위치하면서 원자들끼리 일정 거리에서 서로 밀어내는 힘을 가지도록 한다. 우리가 무언가에 부딪치는 것도 원자들끼리 부딪친게 아니라 원자 끝에 있는 전자의 전자기력에 의해 원자들끼리 서로 반발력으로 밀어 내고 있는 것이다. 전자는 광자를 통해 에너지를 전달하며 광자의 교환을 통해 전자기력이 발생한다. 이러한 전자기력이 시간에 따라 진동하며 공..

양자역학의 이중슬릿을 설명하려는데 파동이 정확히 무엇인지 잘 모르겠다. 입자와 파동의 다른 점은 입자는 하나씩 나가는 거고 파동은 매질을 통해 에너지를 전달한다고 하는데 '매질은 또 뭐고 에너지는 뭐지?'하는 생각이 들어 우선 파동에 대해 자세히 알아보기로 한다. 매질은 전달하는 물질이다. 연못에 돌을 던져 물결이 일렁이면 물분자가 매질일 것이고 지진이 나면 흔들리는 땅이 매질이다. 에너지는 매질을 움직이는 힘이다. 위의 예에서 에너지는 물결을 일렁이게 만드는 힘이고 땅을 흔드는 힘이다. 매질과 에너지의 정의를 합하면 파동은 에너지로 인해 매질이 퍼져나가는 현상이다. 모바일로 음악을 들으면 전기적 신호(에너지)가 스피커를 통해 공기(매질)를 흔드는 파동이 우리 고막을 울려 소리를 들을 수 있다. 파동의 ..

고전역학과 양자역학의 근본적인 차이점은 고전역학은 어떤 물체의 위치와 속도를 알면 과거나 미래의 상태도 예측할 수 있기에 자연의 현상을 시간의 흐름에 따라 연속적이고 정확히 표현할 수 있다. 하지만 양자역학에서는 이러한 자연현상에 대한 정확한 예측이 불가능하다. 어떻게 해서 출발 순간의 시간과 속도를 알아도 미래의 위치를 확률로만 알 수 있을뿐 정확히는 알 수 없다. 또한 불연속적이다. 고전역학에서 0과 1사이에는 0.1, 0.2... 0.9 가 존재하고 0과 0.1 사이에 0.01, 0.02(무한반복).. 이렇게 연속적으로 존재하지만 양자역학에서는 보어의 원자 모델에서 설명하듯 '미리 정해진 궤도'상에서만 존재할뿐 궤도 사이의 어느 지점에서는 존재 할 수 없기에 불연속적이라는 것이다. 이중슬릿실험(나중..