지식보관소_ [최신뉴스] 빛이나 전자 뿐 아니라 모든 물질이 파동이라는 증거가 나왔다.

 

 

이제 슈뢰딩거 이후에 업데이트된 최신 과학 뉴스들을

여러분들에게 전달해 드릴 건데요.

 

결론부터 말하자면

현재 양자역학의 입장은

양자역학에서 일어난 현상은 미시세계에서만 일어난 현상이 아니라

거시세계를 포함한 모든 세계에서도 일어난 현상으로

그 내용이 완전히 바뀌게 되었는데요.

 

단, 전제가 있는데

관측하기 전까지

우주에 존재해야 하는 모든 물질은 입자가 아닌 파동의 형태로 존재를 하고

그 전까지는 물질이라는 것은

사실상 존재하지 않는다는 것인데요.

 

 

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현실 세상에서 살던 우리들의 크기가 엄청나게 작아져서

평소에 눈이 안 보일 정도로 아주 작은 양자세계로 들어가서 살게 된다면

어떤 일이 일어날까요?

 

우리 눈에 안 보이는 작은 양자 세계로 들어가면

아주 많은 것들이 현실과 다릅니다.

전자의 움직임이 아날로그처럼 연속적으로 움직이는 게 아니라

디지털같이 불연속적인 움직임을 가지는 것부터

모든 에너지의 단위들까지 전부 다 양자화되어 있죠.

 

그리고 그 무엇보다도 가장 신기한 것은

전자가 입자-파동의 이중성을 지닌다는 것입니다.

 

처음에는 빛이 무엇인지 알고 싶어 하는

인간의 궁금증에서 출발했습니다.

빛이라고 하는 에너지의 본질이, 빛을 이루고 있는 입자

즉 광자라고 하는 무수한 입자들이

와서 부딪침으로써 에너지를 얻을 수 있는 것인지

아니면 바다 위에서 지진이나 운석 충돌과 같은 에너지가 가해지면

육지로 쓰나미가 몰려오는 것처럼

파동의 형태로 에너지가 전달되는 것인지가 궁금했기 때문이죠.

 

한마디로, 입자는 쇠구슬처럼 단단한 알갱이를 의미하고

파동은 공기나 물처럼 우리 주변에 원래 있던 물질에 어떠한 힘이 가해져서

소리나 파도처럼 파동의 형태로 에너지가 전달되는 것을 의미했죠.

 

토머스 영이 이중슬릿 실험을 하기 전까지만 해도

빛이라는 것이 입자인지 파동인지에 대해서 전혀 몰랐지만

토머스 영은 빛이 입자인지 파동인지 밝혀낼 수 있는

놀라운 아이디어를 생각해 냅니다.

 

물 위에 돌멩이를 두 군데에 던지면

파동 2개가 만나서 간섭 무늬라고 하는 현상이 발생하는데

만약 빛이 파동이라면 빛이 두 개의 구멍을 통과하면

뒤쪽 스크린에 간선 무늬가 생길 것이라고 생각한 것이죠.

그와 반대로 입자라면

아무런 영향 없이 구멍을 통과한 빛이 뒤쪽 스크린에 도달할 것이고

놀랍게도 실험 결과 빛은 파동이었습니다.

 

그런데 또 놀랍게도 20세기에 접어들면서

타인이형에 의해서

빛이 원자를 때려서 전자가 튀어나오는 광전효과가 발견이 되면서

빛이 입자라는 가설이 나왔고

다시 빛의 정체는 오리무중으로 빠지게 되었습니다.

 

그러다가 전자를 통한 이중슬릿 실험을 하게 되는데요.

이중슬릿을 향해 전자를 발사하고

뒤쪽에 스크린에 잡히는 전자를 기록하는 것인데요.

놀랍게도 분명히 입자인 전자도 파동의 형태로 나타났던 것입니다.

 

전자는 분명히 입자인데, 파동의 형태로 나타나자

도대체 이게 어떻게 된 일인지 궁금해서

이중슬릿 한쪽에 개수기를 달아서 관측을 해보니

놀랍게도 파동의 형태이던 전자는

다시 입자의 형태로 변경이 되었다는 것입니다.

 

이는 놀라운 일인데

빛이나 전자가 관측을 하기 전에는 에너지의 상태로 존재하다가

관측이 되는 순간 입자의 형태로 변신한다는 것인데요.

아니, 이게 무슨 트랜스포머도 아니고.

 

아무튼 일상생활에서는 받아들이기 힘든 이런 현상을 두고

과학계에서는 이러한 현상은

원자보다 작은 세상에서만 일어나는 일로 결론을 내렸습니다.

 

그러다 보니 이러한 결론을 싫어하던 슈뢰딩거는

슈뢰딩거의 패러독스라는 문제를 제기하면서

이러한 결론을 비판하게 되었는데요.

 

슈뢰딩거 고양이의 내용은

방사선 붕괴 같은 현상은 미시세계의 현상이고

고양이는 거시세계의 물체인데,

이 둘을 상자 안에 넣고 방사선이 붕괴가 되면

고양이가 죽는 장치를 만들어 놓고

관측을 하지 않으면

관측 전까지 고양이는 살아있거나 죽어 있는 고양이가 되면서

이게 말이 안 되기 때문에

양자역학의 해석을 맹비난한 것인데요.

 

그래서 결국 슈뢰딩거의 고양이는

과연 어디까지가 미시세계냐와

미시세계와 거시세계를 구분한다는 것 자체가

모순을 만들어낸다는 사실을 우리에게 알려준 것인데요.

 

이제 슈뢰딩거 이후에 업데이트된

최신 과학 뉴스들을 여러분들에게 전달해 드릴 건데요.

결론부터 말하자면

현재 양자역학의 입장은

양자역학에서 일어난 현상은 미시세계에서만 일어난 현상이 아니라

거시세계를 포함한 모든 세계에서도 일어난 현상으로

그 내용이 완전히 바뀌게 되었는데요.

 

단, 전제가 있는데,

관측하기 전까지 우주에 존재해야 하는 모든 물질은

입자가 아닌 파동의 형태로 존재를 하고,

그전까지는 물질이라는 것은 사실상 존재하지 않는다는 것인데요.

 

이 말도 안 되는 것 같은 내용은

전자뿐 아니라 수소이온이나 양성자에서도

이중슬릿을 지날 동안 관측이 안 되면

마찬가지로 뒤쪽에 관측 장치에 간섭무늬가 나타난다는 것이 알려지면서

진행이 되게 됩니다.

 

그리고 이 관측은 눈으로 직접 보는 것만을 의미하는 것이 아니라

이론적으로는 그 어떠한 간접적인 방법으로도

어떠한 물질이 이중슬릿을 통과하는 동안

그 현상을 측정할 수 있는 방법이 존재한다면

이런 간섭 문의는 다시는 생기지 않는다는 것인데요.

 

한마디로 실험 대상이 이중슬릿을 통과하는 동안

그 어떠한 물체와도 상호작용을 하지 않아야 된다는 것입니다.

 

결국 전자나 빛뿐만 아니라

그것보다 큰 물체들이 파동의 현상을 보이기 위해서는

거의 완벽에 가까운 진공에서 이중 슬릿을 통과하거나

빛보다도 빠른 속도로 날아가서

다른 입자와 부딪히기 전에 이중 슬릿을 통과해야 된다는 것인데요.

 

그 후 계속해서 인간의 과학기술이 발전하면서

이중슬릿을 통과하는 환경을

완전 진공에 가까운 환경을 만들 수 있었고

1999년 드디어 플러렌이라고 하는 엄청나게 큰 입자로

이중슬릿 실험을 진행하게 됩니다.

 

이 실험에서 사용된 플러렌은

탄소 원자 60개가 모인 분자로

우리가 주변에서 쉽게 볼 수 있는 물분자보다 훨씬 더 큰

명백한 거시세계 물체입니다.

 

중요한 건, 이 플러렌이 이중슬릿을 통과하는 동안

완벽하게 다른 물체와 상호작용이 없었다면

명백하게 플러렌 또한 파동의 성질을 보였다는 것인데요.

 

이 사실만으로도 모든 물체는

결맞은상태에서는

파동-입자 이중성을 지닌다는 것이 확인된 것이죠.

 

그런데 이제 슬슬 소름 돋는 얘기를 하자면

이러한 이중슬릿 실험은 1999년 이후에 끝난 것이 아니라

현재도 진행형이라는 것입니다.

 

2003년에는 무려 108개의 탄소와 불소로 이루어진 원자로

이를 통해서 이중슬릿 실험을 성공하게 됩니다.

 

그리고 드디어 2019년 9월, 오스트리아 빈대 물리학 연구진은

무려 2천 개의 원자로 구성된 대형분자를 이용해서

이중슬릿 실험마저 성공하게 되는데요.

 

여기에서 사용한 분자는

fluoroalkylsulfanyl chains으로 농축된 oligo-tetraphenylporphyrins이라는 것인데

질량은 수소 원자의 2만 5천 배라고 합니다.

와~ 이렇게 큰 크기를 지닌 물체를

거시세계의 물체가 아니라고는 절대로 할 수가 없을 텐데요.

 

더 놀라운 것은 이것보다 더 최신인

2019년 11월, 바로 이번 달 11월에 이뤄진

유기물을 통한 이중슬릿 실험입니다.

 

이번에는 물론 슈뢰딩거의 고양이처럼, 고양이는 아니지만

명백하게 유기물로 실험이 되게 됩니다.

 

마찬가지로 빈대 물리학 연구진은

2천 개의 분자로 이중 슬릿 실험을 한 것에 그치지 않고

Brevibacillus brevis 토양 세균에서 분리한 그라미시딘을 이용해서

이중슬릿 실험을 진행하게 되었습니다.

 

이 그라미시딘은 무려 아미노산이 15개로 이뤄진 유기물로

상식적으로 이 정도 크기의 분자가 2개의 구멍을 통과하게 되면

당연히 2개의 구멍 중에 한 곳으로만 통과를 해야 정상일 것입니다.

 

하지만 놀랍게도 완벽하게 결맞은상태에서는

그라미시딘 역시 간섭무늬가 생겼고

당연히 이렇게 거대한 입자가 간섭무늬를 보였다는 것은

관측을 하지 않을 때에는 물질로서 존재하는 게 아니라

완전한 에너지의 형태로 파동으로만 존재한다는 것인데요.

 

이 실험이 정말로 놀라운 것은

우리의 몸을 이루고 있는 모든 유기물들조차

관측이 되기 전에는 입자로서 존재하지가 않는다는 것입니다.

어쩌면 우리 자신들도 마찬가지이겠죠.

 

따라서 슈뢰딩거의 고양이도 관측이 되지 않는다면

살아있거나 죽어있다라고 표현을 할 수가 없는

파동의 형태로 존재를 하는 것이고

우리들 역시 마찬가지인 것입니다.

 

이대로 조금만 더 지나면

아예 단세포를 이용해서 이중슬릿 실험을 성공할지도 모르고

언젠가는 실제로 고양이로도 이중슬릿 실험이 가능할지도 모르겠습니다.

 

결국 양자역학에 따르면

물질이라는 것이 원래부터 물질로서 존재한다는

이런 고정관념 자체를 버려야 할지도 모르겠는데요.

 

이전에 제가 제 채널에서 설명한 것처럼

우리가 살고 있는 우주는

데이터 연산이 필요하지 않으면

최적화를 위해서 그 데이터를 표현하지 않는 컴퓨터 프로그램처럼

최적화가 되어서 이렇게 동작을 하는 것일까요?

 

참 우리가 살고 있는 이 세상은

알면 알수록 신기한 것 같습니다.

그럼 이만.