[초등학생도 알아들을 수 있는 양자역학, 미시세계에서 일어나는 일들]

양자역학이라는 단어를 많이 들어보셨나요?

과학 영화나 책 등에 많이 등장하는데요.

앤트맨이라는 영화에서도 등장했다고 들었습니다.

저도 공부해보면서 이게 뭔가 싶긴했지만 어느정도 정리를 해보았습니다.

오늘은 초등학생에게 설명해줘도 이해할 수 있을 정도로 쉬운 내용을 알려드리겠습니다.

 

양자역학은 도대체 무엇일까요?

 

양자 역학은 어린 학생들에게 설명하기 어려울 수 있는 과학의 필수적이고 매력적인 주제입니다. 

양자역학은 원자나 입자와 같은 작은 물체의 거동을 이해하는 데 도움이 되는 물리학 분야입니다. 양자 세계에서는 사물이 일상 경험과 다를 수 있습니다.

양자 역학의 중요한 측면은 전자와 같은 입자가 중첩으로 알려진 두 위치에 동시에 존재할 수 있다는 것입니다. 양자 영역에서는 이것이 가능하지만 우리 세계에서는 불가능해 보일 수 있습니다.

양자역학의 또 다른 기본 개념은 얽힘(entanglement)인데, 이는 두 입자가 상당한 거리를 두고 떨어져 있어도 동작이 연결되는 방식으로 상호 연결될 때 발생합니다. 물리적 위치에 관계없이 서로 소통할 수 있는 두 사람과 비슷합니다.

 

또한 양자 역학은 불확실성의 개념을 말하는데, 이는 본질적으로 입자의 모든 측면을 동시에 정확하게 결정할 수 없다는 것을 의미합니다. 전자의 위치를 알고 있으면 속도를 결정할 수 없으며 그 반대도 마찬가지입니다. 이것은 빠르게 움직이는 곤충의 이미지를 포착하려는 시도와 유사합니다. 움직이는 흐릿한 사진이나 움직이지 않을 때 선명한 스냅샷입니다. 복잡하고 이상하게 보일 수 있지만 양자역학은 우리 우주의 가장 작은 규모에서 발생하는 흥미롭고 독특한 현상을 이해하는 데 도움이 되므로 흥미롭고 유망한 분야입니다.

 

그럼 우리 주변에서 관찰할 수 있는 양자역학 현상이 있을까요?

 

양자역학의 많은 현상은 아원자 수준에서 일어나 일상생활에서 직접 관찰할 수 없지만, 우리가 일상생활에서 볼 수 있는 양자역학의 몇 가지 예가 있습니다. 

 

1. 양자 터널링 현상은 일반적으로 입자가 통과하기에는 너무 높거나 두꺼운 장벽을 통과하는 입자의 능력을 말합니다. 이것의 예는 방사성 붕괴에서 볼 수 있는데, 여기서 입자는 원자핵에서 입자를 함께 묶어주는 포텐셜 에너지 장벽을 통해 터널링할 수 있습니다.

 

2. 레이저는 양자 역학을 활용하여 원자를 여기시키고 간섭성 광선에서 광자를 방출하며 바코드 스캐너 및 수술 기구와 같은 다양한 기술에 사용됩니다.

 

3. 스마트폰, 컴퓨터 등 전자기기의 기본 부품인 트랜지스터는 전자의 양자역학을 이용해 전류의 흐름을 조절합니다.

 

4. 식물이 햇빛을 이용해 이산화탄소와 물을 에너지로 바꾸는 광합성 과정은 분자 간 에너지 전달을 위한 양자역학에 의존합니다.

 

5. 초전도는 일상생활에서 흔히 경험할 수 없지만, 입자가속기, MRI 등 특정 분야에서 실용화되고 있습니다. 초전도체는 양자 역학의 원리를 활용하여 저항 없이 전자의 흐름을 가능하게 하여 매우 효율적인 에너지 전달을 가능하게 합니다. 

 

이렇듯 양자역학은 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

관련해서 더 공부하고 싶다면 논문을 추천드립니다.