플랑크의 양자이론 이후로 양자역학의 본격적인 시작은 보어의 원자모형이 일으켰음. 보어 원자모형은 거시적인 세계가 안정적이기 때문에 원자규모 세상의 안정성도 확보되어야 한다는 생각아래에서, 원자의 안정성을 설명하기 위해 등장했음. 전자의 궤도운동과 고전전자기학이 모순을일으킨다거나 전자 천이를 설명할 수 없다는 문제점이 있었지만, 보어 원자모형으로 수소원자의선스펙트럼을 성공적으로 설명할 수 있었기 때문에 인정받는 이론이 되었음. 이에 보어와 조머펠트는 고전역학의 결과(거시세계의 물리량들)를 보어 모형(미시세계)에 끼워맞추며 이론의 적용 대상을 넓혀나감.(대응원리)

이는 당연히 수학적/논리적으로 비합리적이었기 때문에 다른 물리학자들도 대응원리를 따라 원자현상을 설명하면서도 이를 극복하여, 합리적인 양자역학을 이끌어내려 했음. 이 과정을 통해 불확정성원리와 행렬역학, 파동역학이 탄생했음. 그러나 이 ‘합리적’인 양자역학의 결과는 우리의 직관과 맞지 않았고(전자천이, 확률해석 등) 모순을 일으키게 됨. 그렇다고 수학적 서술을 포기할 수는 없는 노릇이었음. 이러한 상황에서 보어는 다음과 같이 생각함.

물리학에서 이론물리학과 실험물리학은 동등한 지위를 가지고 있음. 실험물리학에서 우리는 고전역학적으로 정의된 일상언어를 사용할 수 밖에 없으므로 고전역학적 서술을 포기할 수 없음. 한편으로 이 세계는 근본적으로 양자현상으로 구성되어있으므로 모순을 피할 수 없음. 따라서 우리는 우리 사고체계와 언어의 한계를 받아들여야 하고, 우리의 언어는 양자현상을 고전역학적인 언어로 엄밀하게 정의할 수 없음.

결론:

1. 양자역학은 시작부터 거시적인 규모에서 고전역학과 동일한 결과를 내도록 만들어졌고, 여기에 합리성을 부여하려면 우리는 언어의 한계를 받아들여야만 함.

2. 이러한 상황에서 미시계와 거시계를 정확하게 대응시킬 수 없음.

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러블리즈 류수정 [888311]

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러블리즈 류수정 · 888311 · 19/12/19 20:40 · MS 2019

수능끝나고 머리 처음쓴듯

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그 순간들이 헛되지 않았기를 · 909119 · 19/12/19 22:22 · MS 2019

흠 궁금한 게 있는데요

엄밀하게 정의할 수 없다는 것이 언어 체계의 문제라면 과학자들이 어떻게든(철학자들이 하는 것처럼) 새로운 표현이나 용어를 사용해서 설명하는 되는 문제 아니었을까요?

거시계에서 똑같은 결과를 내도록 만들었는데 그럼 미시계의 부분만 달라지는 것이라는 말씀이신데 미시계의 변화 양상이(인) 달라도 거시계의 형상(과)이 그대로라는 말씀이신가요?
기존 고전역학에서 생각했던 인과와 달리 양자역학은 그것만의 인과가 있나봐요?

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러블리즈 류수정 · 888311 · 19/12/19 23:50 · MS 2019

두번째 문단은 제가 아직 학부생도 아니라서 정확히는 모르지만, 양자역학에서 인과적 서술(계의 시간에 따른 변화)도 고전역학의 인과적 서술과 다르지는 않다고 알고 있습니다. 하지만, 고전역학에서는 인과적 서술에서 관찰이라는 상호작용에 의한 영향을 배제할 수 있는 반면에 양자역학에서는 관찰의 영향을 배제할 수 없다고 알고 있습니다.

예를 들어 고전역학에서는 이상적인 상황에서 야구공을 배트로 맞출 때, 배트의 물리량을 정확하게 알고 있다면 배트에 맞고 날아가는 야구공의 물리량을 측정하여, 측정순간부터 배트에 맞기 전까지의 상황을 서술할 수 있습니다.
하지만 양자역학에서는 광자와 전자를 충돌시킨다고 할 때, 어디까지가 관찰이라는 상호작용인지 범위를 한정시킬 수 없기(파동성의 영향) - 책에 다른 이유도 있었던 것 같은데 까먹었네요 ㅠㅠ - 때문에 관찰의 영향을 배제하여, 이전의 상황을 서술하는데 한계가 있습니다.

흠..쓰다보니까 불확정성원리와 연결되는 것 같은데, 더 이상의 물리적인 내용은 모르겠습니다. ㅠㅠ

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러블리즈 류수정 · 888311 · 19/12/19 23:30 · MS 2019

우선 '부분과 전체'에서 보어와 하이젠베르크는 토론을 통해 양자적 현상을 설명하는데는 고전역학을 기반으로 하는 일상언어를 사용해야만 한다고 합의를 했습니다.

저는 엄밀하게 정의할 수 없다는 말이 고전역학과는 모순되는 양자 현상을 수학적으로 계산하여 값을 구할수는 있지만 그것의 의미를 고전역학적인 언어로 정확하게 풀어낼 수 없다는 것을 뜻하여, 보어와 하이젠베르크가 물리학의 목표인 자연현상을 설명하는 것에 한계를 설정했다고 생각했습니다.

(제 사견입니다만, 보어는 한계를 설정하며 양자 현상을 설명하는 작업을 많이 했습니다. 그의 업적중 하나인 상보성원리도 입자-파동 서술의 한계, 계의 시간변화와 관찰에 의한 영향의 한계 등을 밝히는 것이라고 생각합니다.)

철학자들이 어떤 것을 하는지는 잘 모르겠습니다만, 과학사적으로 한 패러다임의 '언어'가 과학자들의 '합의'를 통해 바뀐적이 없기 때문에 그들이 새로운 표현을 만들어서 설명할 생각을 하지 못했을 수도 있겠다는 생각이 드네요.

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그 순간들이 헛되지 않았기를 · 909119 · 19/12/19 23:51 · MS 2019

와 좋은 글 감사합니다 :)

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러블리즈 류수정 · 888311 · 19/12/19 23:52 · MS 2019

수시 준비할때 이후로 이런 잡생각들 오랜만에 했는데 힘드네요 ㅠ..

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그 순간들이 헛되지 않았기를 · 909119 · 19/12/19 23:55 · MS 2019

대부분의 학문이 철학에서 나왔기에 그런지 모르겠지만(특히 수학 과학은 고대에 철학에서 출발했었죠) 이러한 이론물리학? 쪽에도 현상 기술이 아닌, 현상을 철학적으로 해석해줄 과학자가 필요할 것 같네요.

물론 요즘 때에 그러면 굶어죽어서.. ㅠㅠ

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러블리즈 류수정 · 888311 · 19/12/20 00:11 · MS 2019

양자/입자물리학에서 보어보다 위대한 발견을 한 과학자가 있더라도 보어를 뛰어넘을 수는 없는게, 그 사고의 틀을 보어가 만들어냈기 때문이죠

오랜만에 글을 적으면서 제 생각도 정리하고, 새로운 생각도 하게 되고 하여튼 수능 끝나고 심심했었는데 간만에 시간 알차게 보낸것 같네요 ㅎㅎ

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