Page 95 - 고경 - 2021년 10월호 Vol. 102

양자역학과 양자 양자역학은 미시세계에서의 동역학dynamics을 다루
는 물리학의 기본 이론이며, 지금까지 인류가 알아낸 가장 정확한 과학이
론이라고 알려져 있다. 양자역학은 입자 물리, 원자 물리, 고체 물리, 양자

장quantum field 이론, 양자화학 등 거의 모든 물리학 분야의 기초가 된다.

최근에 관심을 끌고 있는 양자컴퓨터의 작동 원리를 제공하기도 하고, 필
자의 연구 분야인 양자암호quantum cryptography와 양자통신을 아우르는
양자정보quantum information이론의 기초가 되기도 한다.

먼저 양자量子quantum가 무엇인지를 살펴보자. 양자란 상호작용을 하

는 물리량을 의미한다. 우리말로는 ‘덩어리’ 혹은 ‘알갱이’라고 할 수도 있
을 것이다. 전자, 양성자, 중성자, 소립자, 이들로 구성된 원자, 빛 알갱이
인 광자光子photon 등이 모두 양자다. 우주가 이런 알갱이로 이루어져 있

다는 가설에서 양자역학은 출발한다. 양자가 얼마나 미세한 것인지를 원

자와 광자를 통해 알아보자.
탄소 2kg엔 10조 곱하기 10조 개의 탄소 원자가 들어 있다. 원자가 이렇
게 작으므로 우리 감각기관을 통해 원자를 보거나 만지는 것은 불가능하

다. 30와트의 전구가 붉은빛을 발산한다면 1초 동안에 100억 곱하기 100

억 개의 광자가 방출된다. 100억 곱하기 100억 원을 지구상의 모든 사람
인 100억 명에게 나눠준다면 일인당 백억 원을 갖게 된다. 1초 동안 30와
트의 전구 하나에서 방출되는 광자가 그렇게 많다. 광자 하나의 에너지가

그만큼 작다는 것이다. 그래서 우리는 빛을 알갱이라고 느끼지 못한다.

측정 행위가 대상의 상태를 변화시킨다 양자가 이렇게 작으므로,
양자의 세계에선 거시세계의 관점에서 보면 아주 기묘한 현상이 일어난다.

이는 모두 측정과 관련되어 있다. 거시세계의 측정에서는 측정 대상의 상

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