문과생들도 한 수 배우는 '양자역학'

수세기동안 과학자들을 괴롭혀온 난제.. 

 

빛이 '입자'냐 '파동'이냐?

빛이 입자라면 모래알처럼 쌓일거고,

빛이 파동이라면 음파나 물결처럼 퍼져 나가면서 중첩이 가능한 상태가 된다.

 

잘 생각해보자. 빛이 파동의 성격을 가졌을까? 아니면 입자일까?

그런데 고전역학의 대부이자 종결자인 '뉴턴'의 생각은 이랬다.

 

뉴턴이 빛은 입자라고 하자 많은 과학자들이 그를 따랐다.

그리고 그것이 정설이 되는 줄 알았으나,,,

 

1801년 '토머스 영'이라는 물리학이랑 상관도 없는 의사가

과학계에서 가장 아름다운 실험으로 불리는 이중슬릿 실험을 하게 되고,,

실험결과 빛은 '파동'의 성격을 가진 것으로 관찰 되었다.

 

이것이 그 아름답고도 아름다운 2중슬릿 실험... 실험결과 우측의 그림처럼 중간에 있는

부분이 가장 밝게 표시된다. 이것은 빛이 중첩하는 성향이 있다는 것을 말해주고

파동의 성격을 가져야만 나올 수 있는 결과다.

 

맥스웰 공식의 그 맥스웰 형님. 그리고 헤르츠 역시 전자기'파'(파동)를

각각 예측하고 확인함으로써 파동설에 힘을 실어주는 듯 했으나....

 

'광전효과' 가 목격되면서 파동설은 위기를 맞는다.

빛을 금속에 쬐이면 전자가 튀어나오는 것을 '광전효과'라고 하는데,

파장이 짧으면 전자가 튀어나오는 반면,

파장이 길면 전자가 튀어나오질 않네? ㅅㅂ

빛이 파동이라고 가정했을 때는 나올 수 없는 결과였던 것이다.

 

근데,,, 이 때 등장하는 그 분....

 

아이슈타인에 따르면 빛은 광양자(양자)인데

양자(quantum)는 '입자'의 성질을 가진다.

아이슈타인은 이 이론으로 인해 1921년 노벨상을 수상하게 된다.

 

결국 과학자들은 타협하기에 이른다.

빛은 '입자' 이면서 동시에 '파동'이다.

이 둘의 성격을 모두 가정해야만 빛을 이해하고 설명할 수 있다....

헐 시발.. 그러면 '입자'와 '파동'의 성격은 양립할 수 있다는 것을 뜻한다.

고전물리학에서는 있을 수 없는 일이다.

 

콩나물은 동시에 고사리이다. 우리가 사는 거시세계에서는

콩나물이면서 동시에 고사리일 수가 없다.

하지만 '미시'세계에서는 이런일이 가능하다.

두가지 성격을 동시에 갖는 것을 '이중성'이라고 부른다.

그리고 이제부터 양자역학의 괴랄함이 시작되는데......