성석제 - 양자역학에 대하여

 민음사에서 나온 [21세기 문학이란 무엇인가]를 읽다가, 소설가인 성석제가, 내가 평소에 관심을 가지고 있던 양자역학(문학도의 물리학 엿보기 정도이지만)을 나름대로 쉽게 풀어놓은 글이 있어서 올립니다.
 (양자역학은 원자*분자*소립자 등 미시 대상의 운동법칙을 구명하는 물리학의 이론. 이 미시 대상들에게는 뉴턴의 물리학 법칙이 맞아들어가지 않음)

*내가 좋아하는 직업적인 공상인들, 그중에서도 양자역학에 관계된 물리학자들은 대부분 장난꾸러기이고 여기에는 베르너 하이젠베르크(1901--1976)와 닐스 보어(1885--1962)가 포함된다. 내가 이해하는 바로 보어의 상보성 원리(相補性原理, complementarity principle)란 미크로 세계의 입자, 예컨대 전자는 때로는 입자 때로는 파동으로 고찰되지 않으면 안 된다는 모순을 해결하기 위해 세워진 가설이다. 전자가 입자성을 나타내는가 파동성을 나타내는가는 전자가 무엇과 상호작용을 하는가에 의해, 즉 전자가 놓여 있는 상황에 의해 결정되는 것이지 전자 자체가 어떤가 하는 것은 의미를 갖지 못한다. 전자를 관측하는 것은 전자를 어떤 관측장치와 상호작용시키는 것, 곧 전자를 하나의 상황 속에 두는 것이기 때문이다.
이와 비슷한 관점에서 하이젠베르크의 불확정성의 원리(uncertainty principle)는 미
크로 세계의 소립자, 예컨대 전자의 속도와 위치를 동시에 정확하게 관측할 수 없다는 
것을 말한 것이다. 전자를 관측하기 위해 마크로 세계의 관측자가 미크로 세계에 가한 
조작은 전자의 위치 또는 운동량을 크게 변화시킨다(냄비 속에 끓고 있는 물의 온도를 
재려고 냄비에 온도계를 집어넣으면 온도계의 온도가 물의 온도를 변화시키는 까닭에 
결국 물의 온도를 정확히 잴 수가 없다는 이치다). 따라서 위치를 알려고 하면 운동량
을 관측하는 일을 희생해야 하고 운동량을 관측하려고 하면 위치가 희생된다. 위치
의 오차와 운동량의 오차는 일정값보다 작아질 수 없는데, 한쪽의 오차를 1/2이하로 하
면 다른 쪽의 오차는 2배가 되는 것을 증명한 사람이 하이젠베르크이다.