[책] 김상욱의 양자 공부 - 완전히 새로운 현대 물리학 입문

오랜만에 만난 괜찮은 양자역학 입문서다. 양자역학의 기원, 탄생, 주요 쟁점, 그리고 최신의 성과와 해석을 알기 쉽게(?) 소개하고 있다. 물리학책이지만 책을 다 읽고 나면 존재와 우주, 실체란 무엇인가라는 철학적 질문과 마주하게 된다. 

양자역학은 어렵고 괴상하다. 원자 수준을 다루는 양자 세계는 우리 일상의 경험과 배치된다. 입자이자 파동이며 여러 곳에 중첩되어 있기도 하며 공간적으로 중간 없이 도약한다. 심지어 수억 광년 떨어져 있는 두 얽힌입자(entangled quantum)는 한 입자의 상태가 결정되자마자 다른 입자의 상태를 결정한다. 우리 언어와 사고체계는 이런 현상에 익숙하지 않기에 양자역학을 이해하고 받아들이는 게 쉽지 않다. 양자역학의 토대를 마련한 아인슈타인마저도 양자역학을 인정하지 못했다. 물론 아인슈타인이 틀렸다. 세계적인 천체물리학자 닐 타이슨의 표현을 빌자면, 입자니 파동이니 모두 인간이 만든 개념일 뿐 양자의 세계에서는 모두 그러하였을 뿐이다. 

양자역학 초기부터 악명이 높았던 여러 기괴한 현상들은 최신 실험을 통해 그 미스터리가 많이 밝혀졌을까? 그렇기도 하고 그렇지 않기도 하다. 그 유명한 이중슬릿 실험을 예로 들어보자. 원자가 어느 슬릿을 지나는지 측정하는 순간 파동성이 붕괴하며 입자성이 드러나는 것은 빛이나 관측 도구가 광자를 교란했기 때문이라는 게 고전적 해석이다. 그리고 사실이기도 하다. 하지만, 최신의 실험 결과는 더욱 기괴한 결과들을 내놓고 있다. 결론적으로 이야기해서, 관측 대상을 교란하지 않는 방식으로 원자가 어떤 슬릿을 통과했는지 알기만 하면 바로 파동성이 붕괴하며 입자성이 나타난다. 결국, 측정에서 중요한 것은 측정 대상에 대한 교란 여부가 아니라 측정하고 있다는 정보(!) 그 자체였던 셈이다. 입자성과 파동성은 이중슬릿을 어떻게 통과했는지가 아니라 측정 여부, 즉 정보가 결정한다. 

여기서 이 정보 인식 혹은 측정 주체에 대한 문제가 불거진다. 많은 유사과학이나 종교에서는 이 주체가 바로 인간이며 인간의 의식이 바로 물질세계에 영향을 끼치는 결정적인 증거라는 주장을 펼친다. 짧게 말해 모두 사실이 아니다. 이 측정의 주체는 그냥 측정 대상을 제외한 '우주 전체'다. 이상하게 들리겠지만 원래 양자역학은 이상하다. 우주가 측정하면 파동성이 붕괴하며 입자성이 나타난다. 여기서 '정보 우주론'이 등장하게 된다. 저자 또한 어쩌면 우주에 실체나 본질은 없고, '질문과 답, 측정과 정보만이 있을 뿐'이라며 책을 맺고 있다. 

아인슈타인이 물었다. "달을 보지 않으면 달은 없는 것인가?" 현대 양자역학은 답한다. 측정이 있기 전에는 아무것도 없다. 아니, 측정이 대상을 만든다. 김춘수의 꽃이라는 시가 떠오르기도 하고, 닐 타이슨이 자신은 무신론자가 아니라 불가지론자라고 선언한 이유가 이해되기도 한다. 

김상욱의 양자 공부 - 완전히 새로운 현대 물리학 입문 

김상욱(저자) | 사이언스북스 |

2018년 4월 15일

신상희