하이젠베르크의 불확정성 원리가 보여줄 미래

아인슈타인의 상대성 이론과 밀접한 연관이 있는 하이젠베르크의 불확정성 원리는 지금까지 물리학계에 가장 큰 영향을 미치고 있는 이론중 하나이다. 하이젠 베르크는 불확정성 원리는 1927년에 발표했는데 이 발표로 1932년 노벨 물리학상을 받게된다. 이미 해석이 불가능하다는 양자암호라던가 우주탄생의 비밀을 밝힐 수 있는 중력파 연구는 상당한 수준에 와있으니 아직 정밀도의 벽을 넘어서지는 못한 상태이다.

 

하이젠베르크의 불확정성 원리의 기본은 아래와 같다.

 

불확정성이라는 것은 영원히 정확한 정보를 얻지 못한다는 의미를 내포하고 있다. 전자, 중성자를 비롯한 모든 입자들의 위치와 속도를 동시에 측정하는 것은 불가능하다는 것이다. 위치면 위치..속도면 속도를 측졍할수 있을지는 몰라도 이 두 데이터를 한번에 측정하는 것은 불가능하다.

 

예를 들어 입자의 위치를 측정하기 위해 광원에서 파장이 짧은 빛을 입자로 보내게 되면 입자는 튕겨나가면서 원래의 속도를 측정하는 것은 불가능하다. 이는 입자라는 단위가 우리가 상상하는 그런 존재가 아니라 빛에 반응하기 때문이다. 빛은 전기와 전자를 끊임없이 오가면서 끊임없이 그 형태를 변화한다.

 

 

 

하이젠베르크의 불확정성의 원리로 보면 입자는 우리가 그것을 관찰하기 전에는 특정한 위치나 경로를 가지고 있지 않다. 이는 빅뱅에 의해 우주가 탄생되고 지금까지 유지되는 알수 없는 우주의 법칙이라고 볼 수 있다. 흔히 알 수 있는 태양과 행성들의 관계같은 인과관계처럼 쉽게 설명할 수 없으며 비결정주의를 지향하고 있다.

 

하이젠베르크는 원자 안에 있는 전자의 궤도를 관찰할 수도 없으며 측정하는 것은 불가능하다고 말했으며 물리학에서는 관찰되거나 측정되는지 범위에서만 논의되어야 한다고 주장했다.

 

2차 세계대전전까지 지속적인 교류로 다양한 물리학자와 교류하던 하이젠베르크였지만 자신의 조국 독일에 최선을 다해야 한다고 생각한 인물이다. 독일이 원자폭탄을 만드는데 있어서 최선을 다했다. 중성자의 속도를 늦추기 위해 중수가 필요하다는 것을 알았던 인물 하이젠베르크는 미국의 오펜하이머 팀과 원자폭탄 개발 경쟁을 했다. 수십억년 동안 우라늄속에 숨겨왔던 에너지는 E=m(c*c)만큼의 크기만큼 발산되기 시작한다. 당시 하이젠베르크는 이렇게 계산했다. 처음 100만분의 2,3초 안에 2,000개의 폭팔이 있고 그 다음 100만분의 2,3초 안에 4,000개...다음에는 8,000개, 16,000개..점점더 가속되다가 미세한 폭팔의 수가 1조개가 넘어도 시간은 1초가 지나지 않는다.

 

곧 원자폭탄의 내부 온도는 섭씨 1,000만도에 이르고 폭탄의 중심은 빅뱅이 시작되는 우주초기와 비슷한 환경이 구성이 된다. 그 속에서 입자들이 어떠한 형태로 뻗어나가는지 계산할 수는 없다. 엄청난 에너지가 발생하고 그 순간 빛, 열, 공기 폭풍이 일어나며 순식간에 제로상태가 된다.

 

하이젠베르크는 비록 원자폭탄을 미국보다 빨리 만드는데 성공하지 못했지만 그의 이론은 난류의 유체역학, 우주선, 소립자이론, 원자핵등 이론연구에 기여를 했다. 지금은 양자역학이라는 이름으로 컴퓨터, 암호학, 우주의 신비를 밝혀줄 기반을 만들어 놓고 수많은 물리학자들이 자신의 뒤를 따르게 만들고 있다.