확률파는 어떤 의미가 있는가

슈뢰딩거방정식을 이용해 구한 확률의 파동함수Ψ. 그Ψ는 ‘전자가 어디에 있는지’에 대하여, 즉 “좌표 x=3.256에 16.389퍼센트의 확률로 존재한다”라고 예측한다. 실제로 관측 장치로 전자의 위치를 측정하면, 같은 상황에서 측정을 100회 반복했을 때 약16회 정도, x=3.256의 위치에서 전자를 발견할 수 있다.

그림 1-13의 사진에서 보는 것처럼 확률파는 관측(측정)에 의해 한 점을 중심으로 수축한다. 앞에서 언급한 복권 당첨처럼 추첨 전에는 모두가 당첨될 확률이 있지만, 추첨이 끝난 후에는 단 한 사람 밖에 당첨되지 않는 것과 같은 원리이다.

이러한 방식이 불만이었던 아인슈타인은 그 유명한 “신은 주사위를 던지지 않는다”라고 말하면서 화를 냈다고 한다. 즉 확률적인 예측밖에 하지 못하는 슈뢰딩거방정식은 우주의 완전한 방정식이 아니며, 장차 더 완전한 예측을 할 수 있는 방정식을 발견하게 될 것이라고 생각한 것이다.

그러나 나중에 보게 되겠지만, 아인슈타인의 이러한 꿈을 완전히 부정한 정리, 즉 벨의 정리(Bell’s theorem)가 실증됨에 따라 물리학자들은 이 세계를 지배하는 궁극적인 법칙은 ‘주사위 던지기’와 같다는 현실을 인정하게 된다.

출처: <친절한 양자론> (전나무숲 출판사)

● 지은이 _  다케우치 가오루 竹內 薰

1960년 도쿄에서 태어났다. 도쿄대학교 이학부 물리학과를 졸업하고, 캐나다 맥길(McGill)대학교 대학원에서 고에너지물리학 박사과정을 수료했다. ‘과학을 쉽고 재미있게 소개하는 과학 저술가’로 알려진 그는 ‘유카와 가오루’라는 필명으로 추리소설을 쓸 정도로 유연한 사고방식과 문학적 상상력을 겸비하고 있다. 이러한 그의 장점은 어려운 과학 이론을 대중을 위해 저술할 때도 유감없이 발휘되어 과학의 역사를 일관되고 체계적으로 저술해나가는 탁월한 능력을 보여준다.

현재 과학 전문 저술가이자 과학 해설가로 활동하고 있으며, 니혼TV ‘뉴스제로(NEWS ZERO)’의 화요일 캐스 터를 맡기도 했다. 저서로 《과학은 if?》, 《판타스틱 두뇌 탐험》, 《밤의 물리학》, 《어바웃 아인슈타인》, 《싸우는 물리학자》, 《파이만 물리학을 읽는다》, 《루프양자 중력이론 입문》, 《한권으로 충분한 우주론》, 《한권으로 충분한 시간론》 등의 이해하기 쉬운 과학 서적이 다수 있으며, 그중 《99.9%는 가설》은 일본에서 30만 부가 넘는 베스트셀러로 기록되어 있다.