양자역학, 이상한데 진짜인 이야기

양자역학은 세상에서 아주 작은 것들이 어떻게 움직이고 변하는지 설명하는 물리학이다. 원자보다 더 작은 전자 같은 입자들이 어떻게 행동하는지를 연구하는 학문인데, 이 세계에서는 우리가 상식적으로 알고 있는 규칙이 전혀 다르게 적용된다.

작은 세계에서는 이상한 일이 벌어진다
입자가 한곳에 있는 게 아니라 여러 곳에 있을 수도 있다
평소 우리가 보는 물건들은 한 곳에만 있지만, 전자 같은 작은 입자들은 동시에 여러 곳에 퍼져 있는 것처럼 행동한다. 하지만 우리가 직접 보면 한 곳에서만 발견된다. 마치 어디에 있을지 몰라서 여러 곳에 있다가, 우리가 보는 순간 하나로 정해지는 것과 같다.

결과는 보기 전까지 결정되지 않는다
"슈뢰딩거의 고양이"라는 유명한 실험이 있다. 상자 속에 고양이가 있는데, 상자를 열어보기 전까지는 고양이가 살아 있는지 죽어 있는지 알 수 없다는 것이다. 양자역학에서는 어떤 일이 일어날 확률이 여러 개 존재하다가, 우리가 실제로 관찰하는 순간 하나의 결과로 확정된다고 설명한다.

입자가 순간이동을 할 수도 있다
보통 한 곳에서 다른 곳으로 가려면 거리를 이동해야 한다. 하지만 작은 입자들은 벽을 뚫고 반대편으로 순간이동하는 것처럼 행동할 수 있다. 이걸 "양자 터널링"이라고 부른다.

양자역학은 어디에 쓰일까?
양자역학은 신기한 이론이지만, 실제로 우리가 쓰는 많은 기술에 활용되고 있다.

스마트폰과 컴퓨터의 반도체는 양자역학을 기반으로 작동한다.
병원에서 쓰는 MRI 같은 의료 기기에도 적용된다.
과학자들은 지금 양자컴퓨터를 연구 중인데, 완성되면 현재의 컴퓨터보다 훨씬 강력한 계산이 가능해진다.

양자역학은 이상하게 들릴 수도 있지만, 현대 과학과 기술의 핵심 원리 중 하나다. 우리가 보는 세상과는 전혀 다르게 작동하는 작은 세계가 존재하고, 이 원리를 이용해 더 발전된 기술이 만들어지고 있다. 과학자들은 여전히 이 신기한 법칙을 연구하면서 더 많은 비밀을 풀어나가고 있다.