주제: 비전공자를 위한 양자역학 공부의 필요성, 공부방향

양자역학:
난이도에 비해 참 많이 나오는 단어지?
아인슈타인 시절에 이 비슷한 분야에 대한 자기 논문을 이해하는 사람이 전 세계에 4명이라고 말했다는 거 같아.
현대 물리학자도 왜 세상이 양자역학 원리에 맞게 돌아가나 이해하는 사람이 없을 것이고,
물리학을 전공한 사람이 아니면 양자역학의 기본개념도 잘 이해하기 어려울꺼야.
그럼에도 불구하고, 양자역학은 현대 물리학에 엄청난 반향을 일으켰고, 현실은 물론이고 사상 세계(패러다임)를 완전히 뒤바꿔놓았기 때문에 인기가 있어.

우리가 보통 눈에 보이는 것에 관심이 많기 때문에, 보통 사람이 떠올리는 물리는 당구 같은 것들이잖아.
Newton이 정립했고, F = m a 로 요약할 수 있는 것들.
컴퓨터그래픽스 같은 분야에서도 '물리엔진'이라 하면, 총알이 날아가는 속도와 위치를 계산해서 가상세계를 좀 더 현실과 가깝게 만들어주는 도구를 얘기하잖아.
하지만, 실제 물리학과에서는 그런 연구는 '고전 역학(classical mechanics)'라고 치부하고 연구안하더라. 몇 십년 전부터 더 이상 탐구할 만한 세계가 없거든.
기구학, 동역학과 같이 눈에 보이는 움직임에 대한 것은 기계공학과에서 조금 연구하고 있어.

물리학과 연구실은 죄다 양자역학을 연구하는 것 같아.
입자 물리학, 핵 물리학, 고체,액체,기체 알갱이들이 어떻게 조합되나 등등.
걔네들이 세상의 원리를 발견해내면, 공학과에서 그걸 더 연구해서 새로운 반도체도 나오고, 특수 재질도 나오고 그렇지.

물리학 연구의 발전은 일반 사람들의 상식도 발전시키게 되잖아.
물리학자가 비교적 완벽히 이해한 것들은 몇 년 뒤에 일반 사람들에게 상식적인 것이 되어왔어.
그런데, 양자역학은 물리학자들의 상식을 완전히 뒤엎어 놓았어.
물체의 위치가 완벽히 결정되지 않고 확률로서 존재한다는 것, 물체는 입자인 동시에 파동의 성질을 가지고 있다는 것, 물체의 속도와 위치를 정확하게 관측하는 것이 불가능하다는 것 등 여러 양자역학 세계의 성질들은
왠만큼 양자역학을 공부한 물리학 학생들도 도무지 이해하기 어려운 성질들이야.
그렇기 때문에 더욱 흥미를 자아내지.
양자역학 같은 새로운 세계를 공부하면서 우리 사고력을 한층 발전시킬 수 있어.

하지만, 양자역학은 아직 현대 물리학이 풀고있는 과제이기 때문에, 완벽한 이론이 존재하지 않고,
과거 보통 사람들의 관념을 뛰어넘는 상상을 해야 하기 때문에
기초 개념과 원리를 이해하긴 너무 힘들어.
그렇다고, 양자역학을 정통으로 공부하기에는 알아야할 기초 지식이 너무 많아서 안좋아.

양자역학을 얼마나 어떻게 공부할까 계획을 세우려면
문과 사람들이 양자역학을 공부해야 할 필요성이 언제 있을까 생각해봐야겠어.
1. 다른 문과 작가가 자기 주장을 하면서 양자역학 개념을 사용해서 유추하는 근거를 사용했을 때 이해하기 위해서,
그리고 자신이 사용하기 위해서
2. 다른 문과 작가가 공상소설에서 이과 지식을 사용했을 때 이해하기 위해서,
그리고 자신이 사용하기 위해서
3. 다른 이과 지식을 공부하기 위한 기초 지식으로써,
4. 생각의 폭을 넓히기 위해서
5. 미래의 교양 지식이므로 미리 알아두기 위해서

양자역학의 개념을 이해하고, 어떤 속성이 있는지 스스로 알아내야 하겠는데,
속성만을 무조건적으로 외운다면 5번의 목적을 일부 달성하고 잘난체할 수 있겠지만,
1,2,3,4번 목적을 포기하는거야. 이래서는 별로 발전이 없어.

가장 좋은 방법은 다른 사람이 양자역학의 개념을 인용, 사용하는 것을 목격했을 때마다 전문가에게 문의하는 것이라고 생각해.
기초가 탄탄한 전문가라면, 양자역학 개념을 인용한 글이 사회학이나 인문학 글이더라도, 그 글의 저자가 어떤 의도로 양자역학의 어떤 속성을 이용했는지 알 수 있을꺼야.
전문가에게 탄탄한 설명을 들어가면서 속성을 하나씩 이해하다보면, 양자역학에 대한 개념이 어느정도 서게 될꺼야.

양자역학에 관련된 대표적인 주제로 생각나는 게 다음과 같은 것들이 있네
1. 빛은 입자인가 파동인가
2. 모든 것은 양자화되어 있다.
3. 에너지와 물질과의 관계
4. 양자역학이 (왜) 획기적인가
5. 양자역학을 (왜) 이해하기 어려운가

1,2,3번에 대한 대답은 물리학의 발전역사를 공부하다보면 찾을 수 있어.
똑똑한 물리학자들이 어떤 발견을 해왔고, 어떤 이론을 정립해왔나_
그러다보면 4,5번 질문을 하게 돼.
그에 대한 대답은 "양자역학 세계는 우리 눈에 보이는 일상 세계가 아니기 때문"이야.
양자역학 원리는 언제나 존재하지만 우리는 모르고 살고 있어.
그거 몰라도 아직은 사는 데 문제가 없지.
양자역학 원리는 특수한 경우에만 그 영향이 확연하거든. '신이 생각하기에는 특수하지 않을 수도 있지만, 우리 관점에서는 특수한 경우'

그 비슷한 예로, 양자역학 얘기는 아니지만,
쫌 똑똑한 사람은 개미가 자기 몸의 10배를 들고 다니는 것을 신기하게 생각해.
개미 같은 곤충은 100층 빌딩에서 떨어져도 안죽을꺼야. 이것 또한 믿어지지가 않지.
벽에 붙어서 막 걸어다닐 수 있는 곤충도 많아.
그런데, 더욱 신기한 건, 개미는 물방울에 갇히면 빠져나오질 못해. 자기 몸의 10배를 들 수 있으면서, 겨우 물방울의 표면장력을 이겨내지 못하는거야.
이건 nano scale 세계가 가지고 있는 속성들 중 일부야.
개미들한테는 익숙한 세계고, 우리에게는 특별해보이는 세계지.

양자역학 세계에서는 더더욱 신기한 일들이 벌어져.
하지만, 고정관념을 없애고 탐구해보면 가끔 이해가 되는 것들도 있어.
자세한 내용은 만나서_
다음 시간에.