<※ 브금입니다.>
꽤 기니까 양자역학에 관심 있는 사람들만 각 잡고 보길 추천해
그래도 내가 본 양자역학 영상들 중 가장 자세하고 가장 이해가 잘 되는 영상이었어
유튜브에 10분 5분 만에 양자역학을 설명해준다는 영상은 많은데 무엇을 봐도 중간에 내용이 뭔가 빠진 것 같고 아리송했거든.
근데 이 영상을 보고 그제야 좀 이해가 가더라고
요약하자면, 사실 이 세상은 텅 비어있다
무슨 수사적 표현이 아니라 실제로 거의 텅 비어있다
그런데 우리가 물체를 만지고 표면을 느낄 수 있는 것은 전자기력 때문이다
전자기력을 제거할 수만 있다면 아마도 우리는 서로를 통과하게 될 거야
양자역학의 유명한 이중슬릿 실험은 다들 많이 들어봤지?
광자(빛 알갱이)를 쏘았을 때
a) 보는 눈이 없을 때는 파동의 형태로 (물결처럼) 2개의 구멍을 동시에 통과하는데
b) 누군가가 보는 순간 입자가 되어서 한 개의 구멍 만을 통과하잖아
여기서 중요한 건 그 본다는 행위, 관측한다는 것이 꼭 눈으로 본다는 걸 의미하는 게 아니고
외부 환경과 접촉하는 걸 의미하는 거래.
예를 들면 광자가 파동의 형태로 날아가다가 단 한 개의 공기 분자와 부딪히기라도 하면 바로 입자로 돌변하는 거야
즉 이 세계의 무언가와 부딪혀야 그것이 형태를 취한다는 거.
부딪히지 않으면? 그냥 파동의 형태로 나타나고.
이 입자가 아무도 모르게, 어떤 시선도 받지 않고, 공기 분자 같은 게 1도 없이,
그러니까 이 세상의 어떤 작은 물질이라도 만나지 않으면 (관측되지 않으면) 얘는 파동으로 존재해.
그러다 이 세상의 아주 작은 무엇이라도 만나거나 건드리게 되면 그 즉시 알갱이인 입자의 형태를 띠는 거지
이 세상의 무언가와 만난다는 건 이 세상에 지각되는 거거든
지각되기 전엔 파동이더니 지각되는 순간 즉시 형태를 갖추는 거지
근데 우리가 사는 이 세상에는 이런 일이 있을 수가 없잖아.
우리한테 보여질 때는 형체가 있는 알갱이인데, 안 보여질 때는 그냥 물결 같은 파동이라고??
이건 말도 안되는 거지.
때문에 처음엔 과학자들이 "이것은 아주 작은 세계인 미시 세계에서만 일어나는 일이다" 라고 가정하고,
"거시 세계와 미시 세계는 각각 다른 법칙이 존재한다"고 결론을 내렸었었어.
왜 인지는 모르겠지만 미시 세계는 희안하게 파동이었다가 입자였다가 하더라 하고.
그럼 또 의문이 생겨.
어디까지가 미시 세계이고 어디부터가 거시 세계인데?
보는 눈이 있냐 없냐에 따라서 어디까지는 파동이 입자인 척을 하고 어디서부터는 그냥 입자로만 존재하는데?
사람은? 사람은 미시 세계에 속하는 거야 거시 세계에 속하는 거야?
우주 전체 입장에서 보면 사람도 아주 먼지 같은 존재인데 말야. 그럼 사람은 미시 체계인가? 아니 원자보단 크니까 거시 체계인가?
이런 갭 사이에서 어떤 물리학자들은, "광자(빛 알갱이니까 얼마나 작겠음)보다 더 큰 물질도 광자처럼 똑같이 파동이었다가 입자였다가 할까?" 궁금해했어.
그리고 실험에 돌입했어. 완벽하게 외부 접촉을 차단시키고 이중 슬릿을 통과시켜 봤지.
이번에도 외부와 연결되지 않으면 파동이 되어서 두 개의 구멍을 동시에 통과할까.
그랬더니 결과는???
두둥~!!
작년 2019년 11월에 그 실험 결과가 발표됐어
(참고 : 분자가 원자보다 더 크대. 그렇다고 참고해두자.)
전자현미경으로 관측할 수 있을 만큼 큰 알갱이, 그라미시딘을 가지고 이중 슬릿 실험을 했어.
(참고 : 이 그라미시딘은 아미노산 분자 15개로 구성된 생체 분자야.
원자들이 모여서 만들어진 분자가 다시 15개나 모여서 뭉친거니 광자 알갱이에 비하면 아주 큰 복합체인거지.)
초기 실험과 비교한다면,
모래 알갱이 한 알을 구멍이 두 개 뚫린 천에다 대고 던졌더니
a-1) (내가 안 볼 땐=외부 자극이 없을 땐) 얘가 물결처럼 변해서 두 구멍을 동시에 지나갔어.
a-2) 그래서 이번엔 농구공도 던져봤더니 농구공도 물결로 변해서 동시에 두 개의 구멍을 지나가네?
b) 그런데 내가 쳐다보면 모래 알갱이도 농구공도 구멍 하나만 통과를 해.
c) 다시 뒤돌아서 안 본 채로 던지면 기가 막히게 두 개의 구멍을 동시에 통과하는 거야.
두 개의 구멍을 동시에 통과한다는 설명 때문에 양자역학이 어렵게 느껴지는데, 이해 불가할 정도로 신기하게 들리지만 사실 이것의 의미는 단순해.
형체가 없는 파동, 즉 에너지 물결로 존재한다는 뜻이야.
얘도 역시나 보는 눈이 있을 때만 원래 모양을 유지하다가 아무도 보는 눈이 없으면 파동이더라는 거야
여기서 누가 본다 = 이 세상에 지각된다 (공기 분자 한 개라도 만나거나 빛과 만나거나 등등) 라는 건 이제 알겠지?
그렇다면!
할 수만 있다면. 전혀 어떤 외부의 물질과 1도 만나지 않고 슬릿을 통과시킬 수만 있다면,
사람도 파동으로 양쪽 슬릿을 동시에 통과한다는 거야!
물론 그건 불가능에 가깝기 때문에 구현할 수는 없겠지만...
구현 할 수만 있다면 사람도 파동이라는 걸 보여줄 수 있다는 거.
영상 말미에 보면 점차 물질의 크기를 키워서 아메바정도의 단세포 동물까지 시도하는 게 지금의 목표라고 하더라고
그래서 우린 이게 미시 세계에서만 통용되는 법칙이 아니라, 미시와 거시 세계에 모두 적용되는 법칙이었다는 걸 알게 됐어.
이 세상은 사실은 모두가 입자처럼 보이는 파동이라고 볼 수도 있지.
사람 같은 생명체까지도.
원래는 파동인데 외부에 지각 될 때만 입자의 형태를 띤다는 거.
그럼 이건 또 무얼 의미하는 거냐하면...
사실, 이미 이런 방식의 물리 법칙이 우리 세계에서는 "너무 흔하게 쓰이고 있던 기술"이었어.
어디에서냐면.... 그건 바로 게임!
게임은 컴퓨터의 과부하를 막기 위해 모든 맵이나 물체를 미리 구현해 놓진 않아
캐릭터가 달려나가면 그 앞의 맵과 물체 등을 실시간으로 렌더링해서 보여주지
만약 게임의 모든 맵과 물체를 처음부터 동시에 불러내놓는다면 렉이 생기거나 심하면 다운이 되잖아.
우리는 거대한 맵이 처음부터 불러져 나와있고 내 캐릭터로 그 속을 마구 돌아다니고 있다고 생각하지만
실제로컴퓨터는그유저에게보여져야할일부장면만을실시간으로계속띄우고있어.
바로 양자의 파동 입자 이중성이 이 기술과 동일한 방식인거야
외부에 지각되는 것만 실체화해서 보여주는 것.
또, 파동은 아날로그 신호, 입자는 디지털 신호라고 대입해 볼 수도 있어
아날로그 신호는 우리가 예전에 사용하던 전화선, 지금으로 치면 랜선을 타고 흐르는 일종의 전파이고
그것이 모뎀이라는 장치를 거치면 1과 0으로 나뉘는 디지털 신호로 바뀌어.
이 과정을 부호화라고 하는데 이중슬릿 실험에서 양자가 보여주는 움직임이 이 과정과 거의 같아.
관측하기 전엔 아날로그 신호였던 것이 우리가 보려고 하는 순간 디지털 신호로 변환되는 거지.
진지하게 여기서 우린 생각해 볼 필요가 있어.
내가 살고 있는 이 우주가 어떤 곳인가.
어쩌면... 어쩌면...
우리가 살고 있는 이 곳이...
여기가 가상 세계일 수도 있다는 거야.
그냥 황당한 소리가 아니라 양자물리학자들 중에서도 진지하게 고민하고 있는 문제임.
영상 보면 알겠지만 김상욱 교수님도 그런 의문을 갖고 계셔.
+)
하나 더 흥미로운 이야기를 덧붙이자면, 우리가 사는 이 우주가 가상현실이라고 한다면 블랙홀 주변으로 가면 시간이 느려지는 현상도 설명이 가능하다고 했어.
인터스텔라에서 다들 봤겠지만 블랙홀에 가까이 갈수록 시간이 천천히 흐르잖아. 그걸 컴퓨터 게임에 대입해보면 일종의 랙이라고 볼 수 있대. 블랙홀은 질량이 엄청나게 크잖아. 그 정도로 큰 오브젝트를 구현하려면 상대적으로 그 주변에서는 버퍼링이 생길 수 밖에 없다는 거지.
그 외에도 컴퓨터의 인터넷 통신에서 패리티 부호라고 파일에 오류가 있는지 없는지 검증하는 체계가 있거든. 이 부분은 따로 글을 세워야 할 정도로 자세하게 설명하자면 길어지기 때문에 대충 설명할게.
만약 내가 내 친구한테 카톡으로 1 이라는 숫자를 보내려고 한다면 컴퓨터 언어로는 대충 0001 이런식으로 표현이 되는데 이게 뭐냐면 전기 신호가 깜깜, 깜깜, 깜깜, 불! 이렇게 지나간거야.
전기신호가 안들어오면 0이고 들어오면 1인건데 이게 어떤 오류가 있을 수도 있잖아. 중간에 무슨 이유로 전기신호가 안들어온다던지. 그래서 신호가 나는 제대로 보냈는데 상대방한테 도달할 땐 잘못 도착해서 0100 (깜깜, 불!, 깜깜, 깜깜) 이렇게 가버린다면 친구가 카톡으로 확인하는 숫자는 4가 되거든.
친구가 “샷 몇개 해줘?” 라고 물어서 “1개” 라고 나는 대답을 보냈지만 전기신호에 오류가 생겨서 친구는 샷을 4개나 넣고 날 기다리고 있겠지...
우리 다들 그런 상상 해보지 않아? 내가 분명 내 통장으로 백만원을 송금했는데 중간에 전송과정에서 숫자 하나가 빠지면서 십만원만 입금되고 그런 적은 없었을까... 한번씩 다들 상상해보지 않니? (나만 그런가...)
암튼 이런 일을 방지하기 위해서 모든 디지털 신호에는 패리티 부호같은 검증용 부호를 넣게 되어 있어. 이 부호를 끼워넣으면 상대방이 보낸 신호가 나에게 제대로 전달이 되었는지 안되었는지 상대방과 비교하지 않고도 알 수 있어. 이건 수학적인 부분이라 설명하긴 긴데
여튼 우주 천체물리학을 연구하다보니 우주의 방정식에도 패리티 부호같은 그런게 발견되더라는 거야.
즉 우주가 스스로 오류를 검증하는 코드가 전 우주에 깔려 있대
이 이야기는 우주물리학으로 유명한 어떤 박사가 토론영상에서 나와서 했던 얘기인데 그 토론 진행자가 사람들이 잘 아는 코스모스 다큐 진행한 그 과학자분임. 암튼 그 유명한 박사가 약간 중대한 각오로 이야기하듯이 이 얘기를 꺼내는데 그 영상에선 그 코스모스 다큐 과학자가 그쪽으로만 생각하면 계속 그런 증거들만 보인다는 식으로 멘트쳐서 웃고 넘기더라 다들.