과학하는 원연이

고양이가 쏘아올린 양자역학

영화로 알아보는 양자역학 특징

상자 안에는 고양이가 있습니다. 이 고양이는 1시간 뒤 50% 확률로 죽게 됩니다. 그러나 우리는 상자 내부 상황을 전혀 볼 수 없습니다.
상자를 열었을 때 고양이는 과연 살아있을까요?
‘슈뢰딩거의 고양이’는 양자역학의 대표적 예시로, 양자역학의 불완전함을 지적하고자 고안되었습니다.
양자는 무엇이고, 양자역학은 어떤 학문인지. 어렵지만 흥미로운 양자역학에 대해 알아봅니다.
정답은 ‘상자를 열어 확인하는 순간 고양이의 생사가 결정된다.’ 입니다.
상자 속 고양이는 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 섞여 있습니다.
그러나 양자의 세계에서는 다릅니다.
이 세상 모든 물질은 원자로 이뤄져 있습니다.
원자가 쪼개진 전자, 양성자, 중성자와 같은
‘소립자’의 움직임을 연구하는 학문이 바로 ‘양자역학’입니다.
양자는 띄엄띄엄한 값으로 나타나는 에너지나 물리량을 뜻합니다.
또한 양자는 입자성(모래알)과 파동성(소리)이라는
이중적 성질을 동시에 지닌다는 게 밝혀졌습니다.
이 때문에 양자역학에서는 고양이의 생사가 중첩되다가
측정을 통해 결정된다는 해석이 가능합니다.
양자역학은 어렵기로 악명 높습니다.
그런데도 히어로, SF 영화에 많이 등장하는데
앤트맨과 스타트렉을 통해 알아보겠습니다!
원자는 원자핵과 그 주변을 도는 전자로 이뤄졌는데,
이들의 거리는 굉장히 멉니다.
또한, 그 사이는 텅 비어 있다는 게 핵심입니다.
여기서 착안한 히어로가 앤트맨입니다.
원자핵과 전자 사이의 간격을 자유자재로 조절할 수 있게 돼
몸이 작아지기도 커지기도 하는 것입니다.
원거리 전송은 ‘양자얽힘’ 현상과 관련 있는데요.
두 가지 이상의 양자를 아주 멀리 떨어뜨려도
긴밀하게 얽혀 있다는 것입니다.
소립자간 얽힘이 일어나면 이론상으로는
원거리 전송이 가능합니다.

그러나 순간이동을 하는 건 DNA와 원자 단위 정보까지
전송해야 하는데 그 수가 1028개에 이르죠.
양자역학이 현실과 동떨어졌다고 느낄 수 있지만
전자기기용 반도체, 통신용 레이저 모두
양자역학의 원리를 기반
에 두고 있습니다.
또한 양자빔 시설들을 이용해 극한을 살피는 연구가 계속되고 있습니다.