불확정성 독후감

소개글

불확정성 독후감에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 도서 내용
2. 도서에 대한 독후감
3. 우주공간의 양자 요동과 불확정성 원리와의 관계를 기술하라. 또 불확정성 원리가 없었다면 우리 우주의 모습은 지금과 어떻게 다를까?

본문내용

측정값이 불확정하다는 것은 측정기술이 불충분하기 때문인 것으로 여겼다. 이런 고전역학 추종자들에게 양자역학은 기존의 학설을 완전히 뒤집는 충격적인 이론이었다. 그래서 많은 물리학자들이 자신들이 연구하는 분야를 지키기 위해 양자역학의 오류를 찾기 위해 노력했던 것이다.
이 책을 통해 하이젠베르크의 도전정신을 배우고 싶다. 하이젠베르크는 자신의 첫 번째 논문부터 양자역학까지 거의 모든 이론들이 주위의 공격을 받았다. 하지만 그는 많은 물리학자들의 반대에도 자신의 생각을 굽히지 않았다. 막무가내로 자신의 주장만 한 것이 아니라, 부단한 노력을 통해 그들의 반론에 맞서 싸웠다. 양자역학 반대자들과의 반론의 반론을 거듭하여 ‘불확정성의 원리’를 탄생시키고 발전시킨 것이다. 그 당시 그의 나이는 불과 27세였다. 27세의 어린나이의 물리학자가 세상에 맞서 자신의 견해를 끝까지 밀고 나간다는 것은 놀라지 않을 수 없다. 나는 이것을 도전정신이라 명명하고 싶다. 만약 내가 하이젠베르크의 상황이었다면, 아무리 내 주장이 옳다는 확신이 있어도 주위의 많은 사람들이 반대를 하면 끝까지 밀고 나가지 못했을 것이다. 하이젠베르크는 도전정신이 강했기 때문에 그런 행동을 할 수 있었던 것이고, 결국 노벨상까지 거머쥘 수 있었던 것이다. 나도 이런 하이젠베르크의 도전정신을 배우고, 내 나름대로 재해석을 통해 내 것으로 만들어야겠다는 생각을 했다.
3. 우주공간의 양자 요동과 불확정성 원리와의 관계를 기술하라. 또 불확정성 원리가 없었다면 우리 우주의 모습은 지금과 어떻게 다를까?
공간의 팽창함에 따라 우주의 온도는 내려가게 되고, 그 때 원자핵과 전자가 결합하여 원자가 된다. 이것이 빅뱅 말기시대에 해당한다. 원자핵, 전자의 결합으로 원자가 될 때를 ‘우주의 맑게 갬’이라 하는데, 그 빛의 파장이 늘어나 결국 에너지가 줄고 3K 온도의 전파가 된다. 이것은 우리가 직접 볼 수 없는 것인데, 1965년 전파 망원경으로 발견하였다. 이것은 빅뱅이론의 아주 좋은 증거이다. 이를 ‘우주 배경 복사’라 한다. 빅뱅이론에 의하면 우주는 지속적으로 수축하여 모든 공간의 부피가 제로가 된다. 이 이론에 대한 증거는 존재하지 않지만, 일반 상대성 이론에 의하면 이 이론이 맞는 것이다.
이것에는 일반 상대성 이론과 상충되는 것이 있다. 그것은 거시와 미시인데, 이것에 따르면, 물질은 원자와 전자와 같은 미시의 입자로 되어있다는 것이다. 이 미시적 입자는 거시적 물체와 움직임이 다르다는 것을 토대로 양자론이 창출되었다.
지금의 우주는 거시적이다. 하지만 우주가 탄생할 때 공간은 미시가 된다. 일반 상대성 이론으로 이 이론을 뒷받침하기는 어렵다. 전자는 파가 갖는 성질을 띤 입자다. 즉, 미시적 입자에 대한 새로운 입자상이 존재해야만 한다. 이를 설명하기 위해 양자 역학이 태어난다. 양자 역학에 따르면, 파장이 길어짐에 따라 전자의 에너지는 작아진다. 파장이 최대가 된 전자는 에너지가 최소가 된다. 또한, 이 전자는 전자기파를 방출한다.
양자 역학만으로 도저히 미시 입자 문제를 해결할 수 없다는 것이 증명되었다. 빛이라고 할 수 있는 전자기파는 실제로 파가 아니라 광자라는 사실이 밝혀졌기 때문이다. 이는 광전효과라는 현상이다. 그러나 양자역학으로 광자를 설명할 수 없기에 장의 양자론이라는 양자론의 업그레이드 버전이 태동한 것이다. “일반상대론이론에서 중력은 매끄럽고, 연속적이고, 시간과 공간에서 인과성을 가지며, 본질적으로 고전적인 형태로 남아있다. 양자역학은 개별성과 불연속성에서부터 불확정성으로 나아갔으며, 빅뱅에서 두 가지 사고방식은 충돌했다.” 데이비드 린들리, [불확정성], 시스테마, 2009, 238면
많은 수학자들은 우주 전체의 길이는 측정할 수 없는, 무한대라고 말한다. 우주는 빅뱅의 순간부터 지금 이 순간까지도 빛의 속도로 팽창하고 있다. 그러므로 무한대라고 쉽사리 결론지을 수 없다고 생각한다. 나는 이런 주장에 동의하지 않는다. 우주를 측정하는 재료에 따라 측정 결과가 다르게 나타나기 때문이다. 마찬가지로 측정대상에 따라서도 결과가 다르게 나타난다.
아인슈타인 이후로 많은 사람들은 양자 중력 이론, 즉 양자역학과 상대론을 결합시키려했다. 하지만, 거의 대부분 실패하였다. 움직이는 시공간을 불확정성 원리로 분석해보면, 거시적 관점의 부드러운 시공간은 미시적 관점에서는 심하게 요동을 친다. 지금까지의 모든 수학 법칙으로도 심하게 요동을 치는 시공간에 대한 이론을 만들 수 없다.
블랙홀도 양자 중력을 필요로 한다. 블랙홀은 빛도 빨아들여 없어버리는 존재이다. 블랙홀을 양자역학 관점에서 살펴보면, 블랙홀은 빛 방출해낸다. 이 사실을 알아낸 사람은 스티븐 호킹이다. 블랙홀 안으로 빨려들어간 빛, 블랙홀에서 방출된 빛 사이의 관계를 알아보면, 양자역학에 상충되는 정보소실이 발생하게 된다. 블랙홀에 대한 정보소실 문제가 양자 중력 이론에 매우 중요하다. 왜냐하면 이 이론의 성패를 결정할 수 있기 때문이다.
아직까지 양자 중력 문제는 완벽히 해석되지 않고 있다. 하지만, 많은 발전을 통해 업적을 이루어냈다. 가장 유려한 것은 초끈이론이다. 초끈이론은 모든 입자를 끈의 진동현상으로 해석하는 것이다. 한 개의 끈이 진동하여, 서로 다른 입자가 된다는 말이다. 초끈이론은 우리에게 놀라운 일을 경험하게 했다. 왜냐하면 초끈이론이 상대론을 포함하고 있기 때문이다. 또한, 미시적 영역에서 문제로 나타났던 시공간 요동도 통제가 가능하다는 것이 밝혀졌다.
초끈이론이 더 큰 발전을 이루지 못하는 걸림돌이 있는데, 그것은 양자 중력 이론의 정당성을 밝혀낼 실험적 증명이 존재하지 않는다는 것이다. 하지만 요즈음 큰 발전을 이루어 낸 천체 관측 프로젝트로 인해 우주의 초기 흔적이 관측될 가능성이 나타났다. 2008년부터 시작 될 입자가속기 동작으로 그 동안 보지 못했던 새로운 현상들이 관측될 수도 있다. 초끈이론은 양자 중력 이론, 우주론등 많은 이론들과 결부되어있다. 앞으로 많은 발전을 통해 현재의 초끈이론이 갖고 있는 문제점들을 파악하고, 이를 해결함으로써 지금보다 더욱 완벽한 이론을 탄생시킬 수 있을 거라 생각된다.

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