[차한잔]  상식을 뛰어넘는 양자 역학 실험

wave로도 particle로도 읽을 수 있으니 그 이중성을 잘 표현한 위트 있는 문자그림 같은데요.ㅋㅋ

안경을 벗으면 파동으로 보이고 다시 끼면 입자로 보입니다 ㅎㅎㅎ

와 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

저도 그렇게 해석합니다. 파동성과 입자성을 동시에 가지는 것을 저리 나타낸거 같네요.

아!!!! 그 뜻이구나...ㅠ

락키드님 제가 좀 무식해서 그러는데요...

아인슈타인은 양자역학이 그리 모순된다는 점때문에? 죽을때까지 못 받아 들였는데요..

솔직히 전 상대성 이론의 '빛의 속도는 관측자랑 상관없이 항상 일정하다'...이 부분도 직관적으로 이해를 못하겠거든요ㅋㅋ (상대성 이론을 수박 겉핧기로만 알고 있습니다 ㅠㅠ)

그런데 제 기준에서 직관적으로 모순되는 이론이라고 생각되는 본인의 상대성 이론은 잘 받아들이고 양자역학은 못받아 들이고...이게 전 참 이해가 안되더라구요 

제가 살짝 설명이 부족한거 같긴한데.. 그래도 저의 의도를 직관적으로 ㅋ 이해하셨다면 설명좀 부탁드려도 될까요.  

말씀대로 상대성이론도 직관적이진 않습니다. 우리가 상식이라고 생각하는 직관 중에 시공간의 절대성 같은 것을 포기해야 이해할 수 있죠. 상대성이론이 발표되었을 당시 상대성이론을 이해하는 사람은 전 세계에 3명밖에 없다느니 하는 이야기들이 바로 그런 반직관성을 증명하죠.

그러나 양자역학의 반직관성은 상대성이론의 그것과 차원이 다릅니다. 상대성이론이 시공간의 절대성이라는, 우리가 이미 갈릴레오 시절부터 어느정도 어렴풋이 알고 있었던 사실(등속운동을 하고 있는 이동순단 안에서 다른 관성계를 볼 때의 경험 같은) 로 인해 포기될 수 있는 것이 시공간 좌표계의 절대성이라면, 어떤 양자나 빛이  "입자나 파동이어야 한다" 라는 직관에서 입자도 파동도 아니고, 입자면서 파동이다"라는 사실을 받아들이는 것은  근본적인 논리학의 배중률을 포기해야 하는 것이죠.  이런 층위가 있기 때문에 아인슈타인이 받아들이기가 더 힘들었을것 같습니다. 특히 양자역학은 그 결론이 근대과학의 황금률인 인과율도 포기하도록 만들죠. 이 법칙들은 인간이 세게를 논리적으로 이해하기 위한 가장 근본적인 법칙들이니까요. 

아인슈타인이 "신은 주사위놀이를 하지 않는다"거나 파인만이 "양자역학을 이해하는 사람은 사실 아무도 없다"라고 한 이야기들은 바로 이런 심오한 수준의 반직관 때문이었습니다. 

앗 너무 너무 감사합니다 답글 ㅠㅠ

그런데 상대성 이론의 시공간 좌표계의 절대성이라는 box를 break하는건 ( 저질영어 죄송ㅋㅋ )어느정도 수긍도 가고 이해도 가는데요...

빛의 속도의 half 속도로 빛을 따라 갈때 빛의 속도는? 이라는 문제에서 상식적으로 빛의 속도의 반으로 이동하는 vehicle에 타고 있으면 빛의 속도는 빛의 속도의 반이 될것이라고 생각이 되는데, 정답은 그래도 빛의 속도는 빛의 속도이다. 그리고 빛의 속도보다 빠른건 없다. 이 부분이 이해가 잘 안되네요. =-=

아 그리고 꼭 이해 안시켜줘도 됩니당 ㅎ 상대성 이론 공부한다고 책까지 샀는데 아직 안하고 있거든요ㅋ 

-상대성이론은 속도가 다른 어떤 좌표계에서 관측해도 빛의 속도가 일정하다는 "사실"에서 비롯된 것입니다. 이전 뉴턴 역학이 지배했던 시절에는 빛이 일종의 파동이고 그렇기 때문에 현실적으로 검출되지 않는 에테르라는 상상의 메질 속으로 전파되는 파동이라고 가정했습니다. 이 이론에 의해 마이켈슨과 몰리는 지구의 진행방향 수평과 수직방향으로 진행하는 빛이 속도가 다를 것이라는 것을 관측하여 그 매질의 존재를 증명하려 했으나 실패했습니다. 간섭계를 통해 위상차를 확인하려 했지만 전혀 발견할 수 없었거든요. 빛의 속도가 어떤 상대속도의 관성계에서도 일정하다는 결론은 논리적 추론이 아니라 결론으로 받아들여야 합니다. "이러이러해서 빛의 속도는 어떤 관성계에서도 일정하다."라는 추론이 아니라 "빛의 속도는 어떤 관성계에서도 일정한 속도로 관측된다."라는 전재에서 시작되는 것이죠. 이런 실험적 증거 외에도 마흐의 사고실험이나 멕스웰의 전자기방정식에서 논리적으로 유도될 수 있는 결론이기도 하지만 설명이 너무 길어집니다. 가장 간결하게 이해하는 방식이 마이켈슨 몰리의 실험으로 "빛의 속도는 어떤 관성계에서도 일정하게 관측된다는 것"을 받아들이는것입니다.  

아 그럼 그냥 관찰했더니 결과, 사실이 그런거니 그냥 이것도 논리적으로 이해가 안되도 직관적으로 받아들여라~이런거라는 말씀이시죠? 

이제 좀 수긍이 가네용 ㅎ 

정성스런 강의 감사합니당 꾸벅

네 일단 그렇게 시작하시고, 쉬운 교양서들만 읽어도 나중에는 전자기파(빛)의 속도가 어째서 일정"해야"하고 시공간에 절대적 좌표계를 도입할 수 없는지를 논리적으로 이해할 수 있습니다. 

네 아직 갈길이 멀었네용 

전 양자역학보다 상대성 이론이 더 어려운거 같습니다 ㅎ

ㅎㅎ그~렇진 않습니다. 사용되는 수학만 봐도 비교가 안됩니다. 상대성 이론은 혼자 이룩한 업적이었지만 양자역학은 그럴 수 없죠. 

수식따위 다 걷어내고 간단히 설명하면, 120km/h로 움직이는 물체 위에서 같은 방향으로 20km/h로 움직이면 움직이는 물체 밖에서 보는 사람은 140km/h로 관측이 됩니다. 그런데 움직이는 물체 위에서 본 사람은 20km/h로 보이죠.
그런데 광속은 불변이라, 광속의 90% 속도로 달리는 물체 위에서 쏜 빛은 쏜 사람에게도 광속으로, 가만히 있는 사람에게서도 광속으로 보이는 것이죠. 이걸 설명하려고 거리, 즉 공간은 공간이 아니라 시간과 공간의 4차원으로 설명을 한것이죠.
즉 “광속은 관측자의 상태에 따라 상관없이 속도가 불변이다”라는 광속불변의 법칙이 성립하려면 “시공간은 상대적”이어야 한다는 아이디어를 얻어서 사고실험을 통해 이론화 한거죠. 개기일식에서 수성의 위치를 통해서 일반 상대성이론이 증명된거고요.

말씀하신 후반부 부분 알듯 말듯...오늘은 이미 제 머리는 과부하가 되었습니다 ㅠㅠ 이거 복사해서 다시 여유 있을때 천천히 생각해보겠습니다~쌩투스님도 물리학 강의 너무 감사드립니당 ^^

개념만 이해하시면 될 것 같아요. 물론 전공자라면 수학적인 의미까지 다 알아야겠지만, 교양 수준에서 하실거면 대충 의미파악만 하면 되요.
저도 상대성 이론의 출발은 광속은 어디에서나 일정하다. 그럴려면 시간과 공간은 속도에 따라 상대적이더라(특수 상대성 이론). 그런데 가만히 생각해보니 중력과 가속도는 본질적으로 같은 것이고(구분 할 수 없고), 중력에 의해서 시공간이 구부러지더라(일반 상대성 이론) 뭐 이정도 수준으로만 알고 있어요. ㅎㅎㅎ

그럼 마지막으로 다시 물어볼게요 (공개된 게시판에서 좀 부끄럽지만 ㅠㅠ)

"상대성 이론의 출발은 광속은 어디에서나 일정하다." 이 부분이 결국 전 아까부터 이해가 안되던건데 위에 락키드님이 그냥 관찰했더니 결과적으로 그렇더라~그러니 그냥 그건 우선 이리저리 따지지말고 사실이라고 받아들이세요~라고 하셨거든요. 

광속은 어디서나 일정하다! 빛이란 존재가 다른 물질과 달리 특별해서 one and only! 그런거라고 생각하면 되겠죠? 

락키드님의 말씀처럼 상대성 이론을 보시기 전에 상대성 이론의 대전제인 “광속 불변의 법칙”이 참이라는 걸 받아드리는게 중요해요. 내가 이해를 못한다고 해서 그 전제가 참이 아닌것은 아니니까요.
광속 불변의 법칙을 이해하실지 못하실지는 모르겠지만, 그건 틀릴수가 없는 명제(워낙 다각도로 증명이 된거라서요)이기 때문에, 단순 받아드리는 수준이 아니라 이해하는 수준까지 가시려면, 락키드님이 알려주신 여러 증명들 중에서 선생님이 이해하시기 쉬운걸 택해서 이해해보시길 추천드려요.

네~제가 원하던 답변이 이거였던거 같습니다~이해 수준으로 가기위해 결국 좀더 공부가 필요한거네요. 쌩투스님 (이렇게 발음해도 되는거겠죠? ㅎ) 너무 감사합니다. 뭔가 맘 한켠이 뻥 뚫린 기분이네요 ^^ 좋은 밤 되세요~

일반상대성 이론을 우주에 적용 시키면 밀도에 따라서 수축해야 하는데 아인슈타인은 우주는 정적이라고 가정했기 때문에 우주항이라는 것을 도입했죠. 여기서 “정적인 우주”는 아인슈타인의 직관력에 의해서 가정된 것인데, 지금은 그게 틀린것이라고 밝혀졌고 본인도 나중에 실수라도 인정합니다.
양자역학도 아마 직관적으로 상상 할 수 없었기 때문에 인정을 안했을 수도 있다고 생각해요. 상대성 이론은 자기의 영감을 바탕으로 세운 이론이었고 어쨋든 사고실험인데 반해(결국 개기일식때 수성의 위치로 증명이 되었습니다) 영자역학은 사고실험이 아닌 실체적 실험을 바탕으로 진행되어서 직관과 다른 결과를 많이 보여줬죠.
거기에서 저는 아인슈타인도 선입견에 의해서 틀린 직관을 할 수 있구나 느꼈습니다.

에궁 또 답변 감사드립니다 ㅠㅠ

그렇다면 정적인 우주라는걸 가정한 것이 아인슈타인이 실수한 부분이라면, 우주는 계속 변화한다라는걸 가정하면 빛의 속도는 관찰자가 어느 속도로 움직이든지 빛을 바라보면 항상 빛의 속도는 일정하다라는 말도 틀린것이 될수 있는 걸까요?

광속불변의 법칙은 틀리지 않습니다. 이게 틀리면 상대성 이론 자체가 틀린 이론입니다. 왜냐하면 대전제가 거짓인데 그걸 바탕으로 쓴 이론이 참일리가 없거든요.

역시 그렇군요! 

아마 그 새로운 개념을 깨우칠 수 없을 것입니다. 직관이라는 것은 "어떤 현상을 있는 그대로 이해하는 성질"인데, 이것은 선험적 지식이 없으면 직관적 이해가 불가능합니다. 

동물이 언어나 수학에 대한 선험적 이해수단이 없는 동물들이 무슨 수를 써도 언어를 이해할 수 없는 것 처럼요. (예를 들어 개나 침팬치는 인간 언어의 복잡한 구문구조를 아무리 가르쳐도 이해할 수 없습니다.)

지금의 양자역학적 이해가 인간이 물질 현상의 이중성을 파악할 수 있는 최선입니다.  

그렇죠 그러기때문에 빛이 입자와 파동 두가지 성질을 동시에 가졌는데 그 관계가 이해하기 어려운 것이 혹시나 제3 제4의 성질들도 더 알게 되어야 비로소 빛이란게 무엇인지 제대로 알게 되는게 아닌걸까? 하는 허무명랑한 생각이 들더군요

허무맹랑이랄꺼까지 있을까요?

미래에 새로운 발견 혹은 발명으로 전혀 다른 것으로 보이던 개념이 통합될 수도 있겠죠.

사과의 추락과 달의 이동이 통합되었고 전기와 자기가 통합되었고 중력과 가속도도 통합되었는데요.  

현재의 양자역학은 뭔가 불안정하고 미완의 느낌이 강해서 과도기 같은 느낌이 들어요. 

그러니 끈 이론, M이론 등 여러 아이디어들도 나오고 하는 거겠죠. 

아니, 의도한 허무'명랑'인가요? 

"명랑"한 미끼를 덥석 무셨군요

명랑은 밝고 맛있어 보이는지라.. 물고 싶어지죠.