우주 존재의 이유, 양자역학 어서 오고

안녕하세요.🪐
저는 어릴 적부터 공상과학을 무척 좋아했는데, 좋아하는 것치고는 너무 과알못(과학을 알지 못하는 人)이라 지금까지 즐겼던 것은 슬프게도 '단지 시각적인 것에 불과했다'라고 봅니다. 거의 망상에 가까운 공상만 하다 뒤늦게 "우주"에 흥미가 생겼고 우주의 신비를 탐구하는 물리학자 김상욱 교수님의 강의나 책들을 찾아보며 또 다른 방법으로 즐기고 있습니다. 이 포스팅은 물리학적으로 우주를 설명하려는 것이 아니라 내가(또는 누군가) 과학과 친숙해지길 바라는 마음으로 기록하는 것이니 가벼운 마음으로 봐주시길.😉
 

우우주주

 

우주, 존재의 이유

 우주는 존재하는 이 세상 전부이다. 이 세상 전부라는 것은 나 또한 우주의 일부라는 것이다. 무엇인가 존재한다면 왜 그것이 있어야 하는지 설명이 필요한데, 만물의 이치를 탐구하는 물리학자들의 무수한 관찰을 통해서 얻어낸 경험적인 결과를 축약해서 만든 법칙들을 보면 어느 정도 우주를 이해하는 것에 도움이 된다.
 
138억 년 전 거대한 폭발(빅뱅)과 함께 시간과 공간이 생겨났다. 빙뱅이론은 지금의 우주가 팽창하고 있다는 관측 결과에서 추론되었고 팽창하는 우주의 시간을 거슬러 올라가면 한 점에 모이게 된다. 시간과 공간이 한 점에서 출발했으며 시공간은 결코 독립적이지 않음을 밝힌 이론이 아인슈타인의 상대성이론이다.
 
그러면 시간은 무엇인가? 시간은 흐르고 있는가?
공간은 무엇인가? 공간은 몇 차원인가? 등 많은 과학자, 철학자들도 명징하게 정의하지 못했다.

• 시간은 변화의 척도다. 아무것도 변하지 않으면 시간은 흐르지 않는다. - 아리스토텔레스
• 우리가 과거에 대해 아는 것은 오직 과거에 대해 가지고 있는 현재의 기억뿐이다. 과거, 현재, 미래 모두 인간의 정신 안에 있다. - 아우구스티누스
• 변화와 상관없이 시간은 흐른다. 아무 변화가 없어도 시간은 흐른다. 수학적이고 절대적인 시간은 존재한다. - 뉴턴
• 시간과 공간은 인간이 세상을 이해하는데 필요한 선험적 형식이다. - 칸트

아인슈타인은 시간의 본질을 정의하지 않았지만 "시간의 심리적 기원은 기억이다. 기억된 사건들에 순서와 공간상에서도 위치가 정해져야 한다"는 식으로 논쟁을 펼쳤다.  
 
이 찰나와도 같은 시간 속에서 우리는 우주 존재의 이유를 찾아낼 수 있을까? 『시간의 역사』 스티븐 호킹
만약 우리가 (우주가 왜 존재하는가 하는) 물음의 답을 발견한다면 그것은 인간 이성의 최종적인 승리가 될 것이다. 그때에야 비로소 우리는 신의 마음을 알게 될 것이기 때문이다. 『떨림과 울림』 김상욱

지금의 우리는 시간의 개념을 뉴턴의 정의대로 이해하고 있지만 칸트의 정의처럼 우주가 시공간으로 구성되어 있는 게 아니라 우리가 그 틀로 세상을 보는 것은 아닐까. 감히 인간은 시간의 본질과 우주의 존재를 정의할 수 있는가.
 
 

양자역학 찍먹하기

 

왠지 있어보이는

 
수많은 자연현상이 일어나고 있다. 슈뢰딩거 방정식은 주위에서 일어나는 이런 모든 자연현상의 99%를 설명한다. 세상의 만물은 원자로 되어 있고, 이 방정식은 원자를 설명한다. 원자도 무언가로 이루어져 있다는 발견으로부터 양자역학은 시작된다.
 
 
 

 

슈뢰딩거의 고양이

양자역학의 불완정성을 비판하기 위해 1935년 에르빈 슈뢰딩거가 고안한 사고실험이다. 어떤 상자 안에 고양이가 있고 계수기와 망치가 연결되어 계수기가 방사선을 감지하면 망치가 상자 안에 있는 병을 깨트려 병 안에 독성물질이 흘러나오는데, 이 상자를 열기 전에는 안에 있는 고양이가 살아있는 상태와 죽어있는 상태로 공존하고 있다는 이야기.
1시간 후에 절반의 확률로 상자 안의 고양이가 죽는다. 당신은 그 상황을 전혀 볼 수 없다. 
 
보인다는 것은 존재한다는 것이고 보이지 않는다는 것은 존재하지 않는다는 것이다? 😐😑
 
현재의 상태를 알면 미래의 어떤 사건이 일어날지를 정확하게 예측할 수 있다는 고전역학의 결정론적인 입장과 달리 양자역학은 확률론적의 입장을 취한다. 즉 현재의 상태를 알아도 미래에 일어나는 사실을 정확하게 예측하는 것은 불가능하다는 입장이다.
 
원리는 설명할 수 있어도 이해하기는 쉽지 않아 보입니다. 양자역학을 이해하려면 원자의 성질을 알아야 하는데, 너무 복잡하고 어려워서 이를 훌륭하게 설명하는 많은 분들이 계시지만 그중 김상욱 교수님의 영상을 봐주시면 도움이 되실 것 같아요.ㅌㅌ
 
 

 
 
여기까지의 내용을 난 과연 제대로 이해하고 작성했는지 의문이 듭니다.ㅠ 물리의 언어는 수학인데, 일부로 수학적인 해석은 빼고 두리뭉실하게 적었습니다. 수포자인 저에게는 더더욱 어려운 학문인 것 같아요. 앞서 말했듯이 과학과 친숙해지기 위해 이해하려 노력해야 할 것 같습니다. 중요한 것은 꺾이지 않는 마음🙋
 
※ 참고문헌
 

 

떨림과 울림

‘물리’라는 과학의 언어를 통해 세계를 읽고 생각하는 또 다른 방법을 안내하는 『떨림과 울림』. 빛, 시공간, 원자, 전자부터 최소작용의 원리, 카오스, 엔트로피, 양자역학, 단진동까지 물리에서 다루는 핵심 개념들을 차분히 소개하면서 물리라는 새로운 언어를 통해 우리 존재와 삶, 죽음의 문제부터 타자와의 관계, 세계에 관한 생각까지 새로운 틀에서 바라볼 수 있게 안내한다. 우리의 몸과 마시는 공기, 발을 딛고 서있는 땅과 흙, 그리고 매일 마주하는 노트북 모니터와 휴대전화까지. 세계의 모든 존재들은 모두 ‘원자’라는 아주 작은 단위로 이루어져 있다. 저자는 이 작고도 작은 단위까지 내려가 우리 존재부터 우주라는 커다란 세계까지 들여다보고 질문하고 우리가 생각의 타래를 열 수 있게 해준다.

저자

김상욱

출판

동아시아

출판일

2018.11.07