<김상욱의 양자공부> 첫 번째 후기

3단
2019-11-23 22:40
177

먼저 읽은 책들에서 접한 개념들과, 호수샘께서 알려주신 다큐 ‘빛의 물리학’, 그리고 유튜브 강의가 ‘김상욱의 양자공부’를 읽는데 도움이 되었다.

인간이 갖는 근원에 대한 호기심은 과학 발전을 가져왔고 결국 원자의 존재를 알아낸다.  그런데 모든 물질의 근원, 즉 이 세상 존재의 근원인 원자의 세계는 그 동안 물리학의 진리였던 뉴턴 역학으로 설명할 수 없었다. 1900년을 전후로 유럽의 물리학자들은 이 문제에 몰입했고 결국 원자의 실체가 조금씩 드러난다.  이 책의 5장 까지는 원자의 구조부터 코펜하겐 해석이 자리잡게 되기 까지  양자 역학의 중요한 부분들을 다루었다.

'공 사상'을 과학적으로 증명이라도 하듯 거의 비어있는 원자의 구조는 태양계 구조와 비슷하지만, 전자는 행성처럼 궤도 운동을 하지 않고 정상 상태라는 궤도에만 존재할 수 있다. 정상 상태는 불연속적 이므로, 한 정상 상태에서 다른 정상 상태로 도약(양자 도약)하 듯 이동하고, 이때 에너지를 흡수/방출한다. 전자는 질량이 있기 때문에 입자라고만 생각되다가 파동성이 있음이 밝혀지고, 이 파동성이 원자의 안정성을 보장한다는 사실이 밝혀진다. 또한 고전 역학에서는 중요하지 않았던 관측이, 원자의 세계에선 중요한 변수가 되어, 전자의 상태를 결정 짓는 다는 것도 알게 된다.

보어가 수소 원자 모형으로 파격적인 주장(정상 상태, 양자 도약, 양자조건)을 하고, 아인슈타인의 광양자 가설이 아서 콤프턴의 실험으로 증명되면서, 양자 역학의 발전은 속도를 내기 시작한다. 하이젠베르크는 측정 가능한 물리 량 만으로 행렬 역학을 완성했고, 드 브로이는 전자가 파동임을 밝히는 이론을 공식화한다. 그리고 슈뢰딩거는 전자의 파동을 제안하는 파동 방정식으로 수학적 입증을 한다. 슈뢰딩거 고양이의 역설은 보어가 이끄는 학파가 주장하는 중첩 상태가 존재할 수 없음을 주장하지만, 안톤 차일링거는 C60 실험으로 결 어긋남만 없다면 중첩상태의 고양이는 가능하다고 반박한다. 이후 많은 물리학의 거장들의 논쟁 끝에 여전히 문제점은 있지만 보어, 하이젠베르크가 주축이 된 코펜하겐 해석이 대세가 된다.  

무담샘께서는 수소 스펙트럼에 대해 그림을 그려 자세히 설명해 주셨다. 그리고 전자가 거의 크기가 없다는데 동의 할 수 없다 하시면서, 전자가 활동하는 영역 전체를 전자의 크기로 보면 무한대도 가능하다는 주장을 하셨는데, 아나샘께서 ‘동천동 해석’ 이라고 말씀하셨다 ㅎㅎ.  도도님께서는 양자역학을 이론적 바탕으로 만들어진 반도체 기술에 대해서 이런저런 설명을 해주셨는데, 메모를 봐도 제 능력으로는 옮길 수가 없는 것이 안타깝다ㅜㅜ. 전자가 이동하는 터널을 기술적으로 더 이상 좁게 만들 수 없기 때문에, 메모리 반도체 기술 분야가 한계에 다다랐다는 이야기만 기억에 남는다 (제대로 알아듣고 옮긴 것인지 모르겠다)

양자 역학은 미시 세계를 다루다보니 경험이나 상식으로 만들어진  우리의 직관이 오히려 방해가 되어 이해하기 어렵다. 그런데 세미나를 하면서 반복적으로 접하게 되다보니 익숙해진 개념들을 마치 이해한 것처럼 착각하게 된다. 사실은 물리적,수학적 해석은 흐릿한 시각으로 적당히 무시한 체 그냥 나의 수준에서 개념만 이해한 것일 뿐 이라는 것을 알고 있다. 파인만이 말하는 이해와 차원이 다른 것은 물론이고 물리학에 밝은 분들과도 다른 수준인 것을...  그래도 세미나 덕분에 이 정도까지 올 수 있어서 감지덕지하다.

그리고… 제 부주의로 제시간에 시작을 못하고 다들 기다리고 계셔서 너무 죄송했습니다~

 

댓글 4
  • 2019-11-24 16:40

    보통 세미나 발제를 맡으면 마의 트라이 앵글이라 하여
    발제, 간식, 후기를 몰아 주었는데 거기에 청소까지 하시느라
    고생하셨어요 ^^
    과학의 역사가 상식이나 경험을 벗어나는 것의 역사라 해도 과언이 아닌 것을
    많이도 배웠지요.. 양자역학 역시도 우리의 개념체계로는 도저히 이해가 되지는 않습니다.
    이에 보어는 이것은 원자의 문제가 아니라 우리의 직관, 상식, 언어의 문제라고 말했다지요.
    원자는 파동이면서 입자이고 불연속적인 이동인 양자 도약을 하고 . ..
    이해는 되지 않지만 실험의 결과를 잘 설명해 내는 수학적 체계를 갖추면서
    이제 우리는 세계를 이해하는 전혀 다른 관점을 가지게 되었죠 .
    양자역학은 어떤 다른 과학분야도 철학을 넘나들며 사고하게 하네요.

  • 2019-11-24 16:46

    저도 흐릿한 시각으로 적당히 조율하며 읽을 수 밖에 없네요.
    그래도 상당한 재미와 호기심이 올라오는걸 느껴 오히려 그것이 신기해요.
    그것은 물리가, 양자역학이 제 삶의 깊이 관여되었음을 모르다가 알게 되었기 때문이겠죠?
    김상욱교수의 양자역학은 그래도 쉽게 잘 설명해줘서 좋더라고요.
    동천동 가설도 들을 수 있어 도움이 많이 되요~

  • 2019-11-25 07:27

    위치를 정확히 알면 속도를 알 수 없고 속도를 알면 위치가 모호해지는 알쏭달쏭한 원자의 세계. 사실 이게 뭔 말인가... 싶은데 이것이 수학화될 수 있고, 그것이 또 우리 일상 전부를 이루고 있다는 생각을 하면 참 신기합니당. 답이 보이지 않는 상황에서 그 생각의 중심을 '원자'가 아닌 보는 것, '관측'으로 눈을 돌려 완전 다르게 생각한 보어와 하이젠베르크에 다시금 놀라웠어요. 그들이 끈질기게 다른 과학자들을 설득해가는 과정도 재미있구요. 음... 그럼에도 양자역학이랑은 아직은 안 친한 느낌... 아~ 친해지고 싶다. 친해지고 싶다. 친해지고 싶다. 좀더 친해질 수 있겠죠? ㅋㅋ

  • 2019-11-25 17:32

    이 어려운 내용을 요약을 너무 잘하시네요... 두 주 쉬었다가 과학 세미나에 오니 상대성 이론이 끝나고 양자역학의 시대가 왔더군요. 상대성이론도 양자역학도, 그동안 알지도 못하면서 무의식중에 확신하고 있던 세상에 대한 관념을 와장창 깨뜨려주네요. 우리가 일반적으로 당연시하는 경험도 직관도 실제로는 확신할 수가 없다는 것이 조금만 알아듣더라도 희열로 다가옵니다. 이번주에는 특히 도도샘이 대학교 1,2학년때 기초를 하고 나서 양자역학을 해야한다고 하신 말씀이 팍팍 와닿았어요. 입자들에 대해 기초적인 얘기를 하실때마다 꽤 어렵더라구요. 1,2학년 수준의 공부도 따로 하겠구나, 하는 생각이 들었습니다. 이런 세상을 배우게 해주셔서 감사합니다.

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