양자역학의 철학적함의, 파동함수불확정성원리

양자역학의 철학적함의

 양자역학의 결론은 당시 과학계에서 지닌 고전역학적 직관으로 이해하기 힘든 것이지만 해당 이론의 실재에 대해 무엇을 말하는지에 대한 많은 해석과 철학적 논쟁이 있었다. 많은 수의 물리학자들은 보어가 개발한 코펜하겐해석을 받아들이고 있던 상황이다. 이 해석에서는 양자역학의 확률적인 부분들이 우리 지식의 부족을 말하는 것이 아닌 실재 그 자체이며 결정론적 이론에 의해 설명할 수 없다. 양자역학을 개발한 이들 중 한 명인 아인슈타인은 해당 이론의 무작위성을 좋아하지 않았으며 양자역학의 현상인 도깨비원격현상 등을 부정하였다. 그는 양자역학의 근본에는 아주 깊은 국소적 숨은 변수이론이 있을 것이라 주장했다. 아인슈타인은 양자역학에 대해 여러 가지 반박을 제시했는데 그중 가장 유명한 것은 EPR역설이라고 불린다. 벨은 EPR역설을 활용하여 조건법적명확성을 가정한 경우 양자역학과 국소적 이론 사이에 실험적으로 확인 가능한 차이가 있다는 것을 입증했다. 실험을 통해 실제 세계에는 조건법적으로 명확하지 않거나 비국소적이라는 것 또한 증명되었다. 영문학 교수이자 작가인 루이스는 비결정론이 그의 철학적 신념에 벗어난다는 이유로 양자역학을 불완전 이론으로 보았다. 하이젠베르크의 불확정성원리가 존재론적 비결정성이 아니라 인식론적 한꼐를 보여줄 뿐이라 생각했다. 다른 이들과 마찬가지로 같은 이유에서 숨은 변수 이론을 지지하였다. 코펜하겐해석을 둘러싼 보어와 아인슈타인 논쟁은 당시 양자역학을 둘러싼 논쟁 중에서 가장 이슈적이었다. 

파동함수불확정성원리

 양자역학이라는 새로운 형태의 이론은 원자와 관련된 모든것을 설명하는 탁월한 이론이 되었다. 학자들은 해당 이론을 토대로 점차 더 많은 문제들을 풀어갔다. 하지만 한편으로 이 이론은 아주 근본적이고 철학적인 문제를 새로 꺼내기 시작했다. 원자와 관련된 것을 설명하기 위해 양자역학은 파동함수라고도 하며 상태함수라고도 하는 수학적 장치를 사용한다. 파동함수는 우리가 알고자 하는 양자역학적 계의 모든 정보를 담고 있다. 양자역학이 제안된 초창기부터 많은 물리학자들은 피동함수의 의미를 둘러싸고 논쟁을 벌였다. 이로 인해 파동함수가 정확하게 무엇인지 알 수 없는 상황에 놓였다. 파동함수가 우리가 가진 거시세계에 대한 직관 중 어떤 것에 대응하는지 알 수 없던 것이다. 그전까지는 물리학에서 대체로 수학을 이용해 물리학 방정식이나 공식을 만들면 그 의미는 인간이 경험하는 거시계로부터 얻은 직관과 잘 대응된다고 생각해 왔다. 하지만 양자역학에서는 가장 핵심이 되는 파동함수가 정확히 무엇인지 제대로 대답하는 이 가 없었다. 하이젠베르크는 양자역학이론 안에 불확정성원리가 있음을 밝혔는데 이는 입자가 어떤 속도로 어디에서 움직이고 있는지, 특정 시간에 얼마나 많은 에너지를 포함하고 있는지 등을 안다는 것에 근본적 한계가 있음을 말했다. 물리현상을 잘 설명해 주는 이론이 있는데 해당 이론은 고전적으로 통용되던 우리가 안다는 것에 대해 회의적 관점을 제시하고 있던 것이다. 100여 년 전 프랑스 수학자 피에르시몽라플라스는 라플라스의 악마라는 개념을 통해 원칙적 물리학을 통해 물질계의 모든 것을 예측할 수 있다고 제안했지만, 파동함수와 불확정성 원리의 등장으로 인해 우리가 원자에 대해 무엇을 알고 있는지 개념마저 흔들렸다.

 

우주와 양자역학