양자에 대하여 물어보겠습니다

Question

문뜩 유튜브 에서 이런말을 들은 적이 있는데 양자학으로 보면 우리주변 모든것을 양자로 표현할수 있다고 합니다. 그래서 생각해보니까 미래에는 양자로 그 공간에 무엇이 있는지 나타낼수있는 기술이 나올까요

Answer 1

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

이미 양자장론을 통해 진공에 대해 기술하고 있으며 입자가 존재할 때 미래에 어떤 일이 일어날지 예측할 수 있습니다.

양자역학에 대한 설명을 조금 해드리겠습니다.

양자역학은 원자단위에서 발생하는 현상을 설명하기 위한것입니다.

원자는 원자핵과 전자로 이루어져있습니다. 그런데 전자가 원자핵 주변에 어떤 형태로 어떻게 운동하고 있는지 설명하고 싶다고 생각해보죠.

흔히 잘 알고있는 예시로 사과가 땅으로 떨어진다는 중력을 받아 사과가 땅으로 떨어진다를 설명할 수 있죠. 이것이 고전역학입니다. 무거운 짐을 들기위해선 물체의 중력만큼의 힘이 필요하죠.

하지만 원자 세계에서는 원자핵 주변으로 전자가 돌고있다를 기술하기위해서는 중력, 만유인력으로 설명이 되지 않습니다. 양자역학으로 설명이 가능하죠.

불확정성 원리와 양자역학에서 측정을 하면 왜 물체의 상태가 변화하는지 설명해드리겠습니다.

전자, 원자핵 단위를 기술하고 이를 실험적으로 확인하기 위해서는 관측을 수행해야합니다. 기존에 관측이라하는것은 눈으로 보고 측정값을 수치적으로 기입하는 행위를 포함합니다. 관측이란것은 빛을 통해 관측이 필요한것이죠. 그런데 전자나 원자핵은 매우 작기 때문에 우리눈으로 본 경험이 없을 것입니다. 현미경을 통해서도 보이지 않죠. 전자나 원자핵을 보기 위해서는 빛이 이들과 충돌한 뒤 반사되어 우리 눈으로 들어와야하죠. 하지만 전자나 원자핵같은 경우는 빛과 크기가 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 빛은 크기가 0인데 어떻게 비슷하냐라고 할 수 있지만, 서로 일대일로 상호 작용할 수 있습니다. 즉, 빛도 입자로 취급되고 빛 알갱이 광자로써 서로 충돌할 수 있습니다. 그런데, 이 광자가 충돌하여 반사돼 우리 눈(관측 장비)으로 들어오는것이 관측이라고 하였습니다. 충돌을 하면 충돌된 입자의 상태가 바뀌죠. 다시말해 광자는 우리눈(관측 장비)에 들어왔지만, 충돌로 인해 전자의 상태가 바뀌어 버렸죠. 광자로 전자의 상태를 측정한다면 전자의 상태는 바뀌고 맙니다. 우리가 알고 있던 관측의 대상은 대부분 크기가 크고 무겁기 때문에 빛으로 관측한다 한들 관측 대상의 상태가 변경되지는 않았습니다. 그래서 쉽게 물체의 상태를 측정이 가능했고요. 그런데 양자역학을 따르는 관측 대상은 크기가 작고 빛(광자)과 상호작용을 하기 때문에 관측에 있어서 상태가 변하므로 문제가 생겼죠. 그래서 이를 해결하고자 하는것이 양자역학이고 자연에서 발생하는 현상들을 잘 설명하는 이론입니다.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.

Answer 2

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

양자로 표현하는 이유에 대한것이 더 중점적일것입니다.

이미 주변에 무엇이 있는지는 그냥 광학적으로도 관측이 가능하니까요

양자로 표현을 하게되면 불필요한 정보저장이 감소하여 효율적인 데이터 처리가 가능해집니다.

감사합니다.

Answer 3

사실 틀린말이기도하고 맞는말이기도 합니다.

양자역학의 효과를 보려면 물체의 크기가 엄청 작아야합니다.

그런데 우리의 거시적인 세계는 뉴턴역학의 영향을 받기 때문에

양자로 표현하기는 매우 어렵습니다.

그리고 양자로 공간에 무엇이 있는지 나타낸다는 것은 말이 안되는 것 같습니다.