이번엔 (일반) 양자역학에 대해서 설명하려고 합니다. 본 내용을 이해하기 위해서는 먼저 뉴턴역학과 상대론을 이해해야합니다.

아래의 링크글을 꼭 읽어보시길 바랍니다. 과연 자신이 뉴턴역학과 상대론을 정확히 이해하고 있었는지를 알 수 있을 겁니다.

1. 고대 그리스의 철학에서부터 뉴턴역학까지 이해해보기

2. 특수상대론과 일반상대론을 이해해봅시다

위 링크글을 읽었다면 아시겠지만 저는 계속해서 해당 이론의 기본 가정이 되는 법칙이나 원리를 통해 그 이론을 연역적으로

설명해왔습니다. 즉, 뉴턴역학이나 상대론은 그 이론의 공리체계가 있습니다. 그런데 상대론 이후의 새로운 이론이라하는

양자역학에는 그 이론의 기본 가정이 되는 어떤 새로운 원리가 있을까요? 혹시 불확정성원리를 떠올리시는 분들이 있을지도 모르지만

사실 불확정성원리는 양자역학적인 원리라기보단 그저 당연한 원리입니다. 상대론적으로도 뉴턴역학적으로도 당연한 원리라는 것이죠.

-(관련 링크글: 불확정성 원리에 대해서)

사실 공리체계가 있었다면 양자역학을 이해한 물리학자가 없다는 말은 없었겠죠. 결국 현재의 물리학계에서 설명하는

양자역학이란 이론(공리) 체계도 제대로 정립하지 못한 상태란 겁니다. 공리체계가 있어야 연역적으로 이해를 할 수 있는 것이죠.

물론 이해를 못해도 현상은 자명하니 수식화를 하거나 그냥 받아들이는 것은 가능합니다. 그것이 현재의 물리학계의 상황이고요.

재미있는 것은 현재 지구의 인구가 약 60억명정도라 하면 양자역학이 등장한지 근 100년이나 되었으니 적어도 백억명 이상의

사람들이 그 사이에 있었을 텐데 그들중 누구도 100년동안 양자역학을 이해하지 못했었다는 것이죠. 사실 이쯤되면

이해가 불가능한 것이 아닌가 싶거나 또는 이해를 할 수 없었던 이유 같은 것이 있었다고 가설을 한번 세워봐야겠죠.

그리고 관련해서 저의 결론은 이해를 할수 없었던 이유가 있었고 그게 바로 제논의 역설과 관련이 있다는 겁니다.

일단 양자역학에서의 양자란 무엇인가 띄엄 띄엄 떨어진 양으로 있는 것을 가리키는 말이죠.

또 전자의 경우 양자도약이라 불리는 현상을 통해 불연속으로 에너지 준위가 바뀝니다. 즉, 변화가 불연속이란 것이죠.

불연속으로 변위를 하므로 입자성을 가지는 순간이 있고 파동성을 가지는 순간도 있게 되죠. 이를 물질의 파동-입자 이중성이라고

합니다. 여기서 잠깐 물질의 이중성을 간단하게 정의하고 넘어가자면 어떤 에너지가 입자성을 가질때는 입자고 파동성을 가질때는

파동이란 겁니다. 즉, 어떤 에너지가 광전효과가 있을 때는 입자성을 가진것이고 회절을 하게 된다면 파동성을 가진 것이죠.

그럼 이런 불연속 변화가 미시세계에 한정될까요? 만약에 미시 입자만 그렇다면 다음과 같은 의미가 됩니다.

'거시 물질은 연속으로 변화하고 미시 물질은 불연속으로 변화한다.' 그런데 논리란 것은 특별한 것을 인정하지 않습니다

예를 들어 모든 사람이 죽는다고 할 때 그렇다면 사람이라면 결국 다 죽게 되어있습니다. 그런데 위의 물질에 대한 설명은

이를테면 결국 '어떤 사람은 죽고 어떤 사람은 죽지 않는다' 라고 말하는 것과 같다는 것이죠.

결국 미시입자 거시입자 둘 다 물질(입자)이라면 둘 다 연속으로 변화를 해야하거나 또는 둘 다 불연속으로 변화해야한다는 겁니다.

그런데 결국 미시의 변화가 불연속이란 것은 자명하기 때문에 거시의 변화도 마찬가지로 불연속이란 것이죠.

또 빛의 절대 속도도 변화를 연속으로 가정할 경우 도저히 이해할 수 없는 현상이지만 변화가 불연속이라면 그저 당연한 현상이 됩니다.

그런데 만약 당신이 입자의 변화를 연속이라고 생각한다면 그 근거는 무엇인가요? 한가지라도 댈 수 있나요? 아마 댈 수 없을 겁니다.

근거 없는 믿음은 한번 의심해 봐야하는 겁니다. 마찬가지로 제논도 자신이 만든 역설을 통해서 근본적으로 아킬레스가 거북이를

따라잡을 수 없다는 말을 하려고 했던게 아니라 변화가 연속이란 것에 대한 의심을 해본 겁니다. 그 당시에도 거북이는 느림의 대명사였기

때문에 제논이 거북이를 역설에 등장시킨 것이고 말이죠. 그렇다면 제논의 역설을 변화가 연속일때 정의가 가능한 시간이란 개념을 통해

반박하는게 과연 옳은 반박일까요? 변화가 연속인지 불연속인지를 묻는 역설을 그런 시간이란 개념을 사용하여 반박하는 것은 제대로 된

반박이 아니죠. 그런 반박은 제논의 역설을 단지 아킬레스가 거북이를 따라잡을 수 없다라는 역설로만 생각한 수준의 반박인 것이죠.

물리학자들은 전자의 불연속 변화를 발견했을 그 때 제논의 역설에 대해서 다시 한번 생각해봤어야 했던 겁니다.

물론 물리학계뿐만아니라 수학계, 근본적으로 철학계에서 조차 제논은 궤변론자의 아이콘이죠.

결국 아이러니 하게도 정규교육을 더 잘받은 사람일수록 변화가 불연속일 것이란 생각을 못할 확률이 높아질뿐이겠죠.

즉, 거시나 미시에 상관없이 입자의 변화가 불연속이라는 생각을 물리학자들이 하지 못했기 때문에 양자역학을 근 100년간

이해하지 못했다는 겁니다. 그리고 저의 결론은 결국 양자역학의 기본 원리가 바로 '물질(입자)의 변화가 불연속이다'라는 것이죠.

만약 물질의 변화가 정말 불연속이라면 그런 물질의 불연속성을 원리로 하여 양자역학도 공리체계가 세워질 수 있고

양자역학을 연역적으로 이해를 할 수 있게 됩니다. 그런데 사실 뉴턴역학과 상대론 모두 그 배경엔 변화가 연속이란 가정이

깔려있던 것과 같습니다. 그렇다면 기존의 상대론의 원리에 변화가 불연속이라는 새로운 원리를 추가하는 이론이

양자역학인 것이 아니라, 상대론의 불문율적인 원리였던 변화가 연속이라는 가정을 불연속으로 교체하는 것이

바로 양자역학이란 겁니다. 이러한 가정으로 양자역학이 논리적으로 옳다는 증명을 매우 간단하게 할 수 있게 됩니다.

우선 변화가 불연속이 될 경우 시간이 흘렀다고 말할 수가 없게 됩니다. 일단 상대론적으로 시간이 흐르지 않는 것은

빛이죠. 빛의 경우 이동거리가 0으로 수축되기 때문입니다. 물론 정지한 제가 관측하는 빛은 0으로 수축된 공간을 이동하는 것처럼

보이지 않고 그냥 수축되지 않은 공간을 이동하는 것처럼 보이죠. 왜냐하면 상대론적으로 저와 빛의 시간은 상대적으로 흐르니까요.

각각의 관점이 각각 옳은 겁니다. 그런데 현상적으로 이동거리가 없어서 시간이 흐르지 않게 되는 경우는 두가지의 경우가 있습니다.

빛처럼 이동거리가 0으로 수축되는 경우와 그 길이(거리)를 한번에 불연속으로 변위하는 경우가 있다는 것이죠.

후자의 경우는 예를 들어 100m 라는 직선의 길이가 있을 때 어떤 것이 0m의 출발점에서 100m의 끝점까지에서의 그 사이를 전혀

거치지않고 불연속으로 한번에 출발점에서 끝점까지 변위하는 경우, 그 것의 시간은 흐르지 않게 됩니다. 그것이라고 했지만

그것은 바로 빛을 말한 겁니다. 상대론적으로 빛은 0으로 수축된 그 길이에 어디에나 동시에 존재하고 있는 것이라 해석해도 되기

때문이죠. 즉, 빛을 파동이 아닌 입자로 해석할 경우 어느 길이나 한번의 불연속으로 변위하는 것으로 생각할 수 있다는 것이죠.

마찬가지로 그 경우에도 빛의 시간은 이동거리가 없기 때문에 시간이 흐르지 않고 말이죠. 그런데 그 길이가 길던 짧던

그 사이를 불연속으로만 변위한다면 시간은 흐를 수 가 없게 됩니다. 즉, 빛이 아닌 거시나 미시입자의 변화가 불연속이라면

그 입자들의 시간도 빛과 마찬가지로 흐르지 않는다는 겁니다. 그런데 분명 저나 여러분들이 가지고 있는 시계의 시간은 흐릅니다.

그것도 상대적으로 흐르죠. 즉, 변화가 불연속이라고 해도 시간이 상대적으로 흐를 수 있는가? 라는 의문이 생길 수 있게 되죠.

그런데 오히려 변화가 불연속일 경우 시간의 상대성을 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

예를 들어 일단 저와 A와 B가 가만히 서있고 각각 시계를 차고 있다고 가정해봅시다. 제 시간이 1초가 흘렀을 때 A라는 사람은

1초를 더 초과한 시간이 흘렀을 수 있고, B라는 사람은 1초 미만의 시간이 흘렀을 수 있습니다. 물론 A가 보기에는 자신의 시간이

1초를 넘겼을 때 제 시간은 1초가 흘렀던 것이고 B는 1초 미만이 흘렀던 것이죠. 마찬가지로 B를 기준으론 B가 옳은 것이죠.

위의 상황을 변화가 불연속일 경우로 바꿔서 생각하면 제가 100번 불연속으로 변화할 동안 A는 101번, B는 99번 불연속으로

변화했다면 이 경우도 마찬가지로 각각의 시간이 상대적으로 변해있게 된다는 겁니다. 하지만 이러한 상대적 시간변화가

시간의 변화가 아니란 겁니다. 그건 각각이 차고 있던 시계의 상대적 변화일 뿐이죠.

변화가 불연속이면 시간은 빛처럼 흐르지 않습니다. 이는 결국 불연속 변화도 상대적일뿐이라는 의미입니다.

결국 모든 입자들은 빛과 마찬가지로 시간은 흐르지 않기에 시간이 절대적이란 겁니다.

이는 상대론의 시간이 상대적이라는 결론과는 반대의 결론이 됩니다. 즉, 빛의 절대속도가 하나의 불변량이 되었던 것처럼

시간이 불변량이 된 것과 같다는 겁니다. 그렇다면 불변량이 상대론에서보다 하나 더 늘어났기 때문에 기존에 불변량이라고

생각했던 것들중 하나가 가변적(상대적)이 되어야 대칭성이 지켜지게 됩니다. 그런데 시간이 불변이 되면 이동거리와 속도를

정의할 수 없게 되고 따라서 가변적이 될 수 있는 것은 질량 외에는 없게 됩니다. 즉, 질량이 상대적이라는 결론이죠.

질량이 상대적이란 것의 의미는 한순간 모든 것이 정지해있다고 가정할 때 임의의 기준에 따라 질량이 상대적이라는 겁니다.

이 부분에서 또 다른 증명이 가능합니다. 결국 상대론적으로 아래의 명제는 참인 명제입니다.

'시간이 상대적으로 흐를 경우 질량이 절대적이다' - 참인 명제

그리고 참인 명제의 대우 명제도 참이죠? 그리고 그 대우 명제는 아래와 같습니다.

'질량이 상대적일 경우 시간이 절대적이다.' - 참인 명제

즉, 상대론의 숨겨진 공리였던 변화의 연속을 불연속으로 바꾸면 위와 같이 시간이 절대적이되고 질량이 상대적이 된다는 겁니다.

결국 상대론은 그 공리체계에서 여전히 옳고 그 공리 체계의 대칭 변화인 변화의 불연속을 가정하게 되면

그게 바로 양자역학이란 것입니다. 즉, 변화가 연속일 경우 상대론이 옳고 변화가 불연속일 경우 양자역학이 옳다는 겁니다.

결국 상대론과 양자역학을 합치는 양자장론이란 것은 불가능하다는 것이죠. 즉, 변화가 연속인 이론과 불연속인 이론을 합칠 수

없고 그저 양자역학이 거시나 미시나 옳다는 겁니다. 이는 결국 양자역학이 중력이론이자 ToE란 것이죠. 관련해서 사실 상대론의 경우

힘에 대한 설명이 일관성이 없었습니다. 뉴턴역학의 경우 f=ma 이고 가속도가 있으면 그건 힘의 영향으로 봤고 중력을 포함한 4대힘은

뉴턴역학적으로는 모두 힘입니다. 그런데 상대론은 중력에 의해 분명 시간도 상대적으로 느리게 흐르게 되고 가속도 되는데 중력을 힘이

아니라고 설명합니다. 상대론적으로 중력을 제외한 전자기력, 강력, 약력은 힘이죠. 그런데 양자역학적으로는 중력이 인력과 척력을 모두

가지게 되어 중력을 힘으로도 설명할 수 있게 됩니다. 질량이 상대적이게 되면 질량=에너지=공간 의 등가원리가 성립하기 때문입니다.

이런 등가원리로 결국 우주의 모든 것을 에너지로 설명할 수 있기 때문에 양자역학이 ToE란 것이죠.

결국 수학적으로 뉴턴은 물리학의 가장 기본이 되는 식인 f=ma와 만류인력식을 만들었고,

아인슈타인은 물질과 에너지의 등가원리를 말하는 e=mc^2 과 중력식을 만들었죠.

저같은 경우 오일러의 공식이 질량=에너지=공간의 등가원리를 설명하는 식이라는 것을 알았고

중력식은 만들 능력이 없기 때문에 전공자분들에게 맡기기로 했습니다.

제 역할은 이 정도만로도 이미 충분하기 때문입니다.

이브 온라인이라는 게임의 최적화라는 것을 볼 때 이미 관련식이 있는것 같기도 합니다.

그리고 더 설명하려면 너무 글이 길어지니 질량의 상대성과 질량=에너지=공간의 등가원리에 대한 증명까지만 이 글에서 

하고 마치겠습니다. 물론 위의 내용과 관련된 추가적인 설명은 아래 링크에 이미 있습니다.

아래의 링크를 순서대로 읽어보시면 상대론과 양자역학을 쉽게 이해할 수 있을 겁니다.

1. 고대 그리스의 철학에서부터 뉴턴역학까지 이해해보기

2. 특수상대론과 일반상대론을 이해해봅시다

-더 간단한 설명-

1. 상대론적 길이수축을 쉽게 이해해보기

2. 질량과 상대론적 길이수축의 연관성을 쉽게 이해해보기

3. 뉴턴의 관성의 법칙을 상대론적으로 쉽게 이해해보기

4. 중력이 상대론적으로 힘이 아닌 이유를 쉽게 이해해보기

5. 중력이 양자역학적으로 힘인 이유를 쉽게 이해해보기

6. 양자역학이란 무엇인지 이해해보기

7. 양자역학의 질량의 상대성 이해해보기

8. 질량의 상대성과 중력의 관계 이해해보기

9. 에너지의 대칭성과 비대칭성을 이해해보기

10. 4차원과 확률과의 관계에 대해서 이해해보기

11. 수학적으로 질량의 상대성 이해해보기

12. 중력장이 확률장인 이유에 대해서 이해해보기

13. 슈뢰딩거 고양이와 시간의 상대성의 상관관계 이해해보기

14. 빛이 4차원에너지인 이유에 대해서 이해해보기

15. 빛과 공간의 속도에 대해서 이해해보기

16. 허수(확률)에너지인 공간의 초대칭성에 대해 이해해보기

17. 4차원의 시간대(고립계)에 대해서 이해해보기

18. 빅뱅 이전의 상태에 대해서 이해해보기

19. 빅뱅과 블랙홀의 특이점에 대해서 이해해보기

20. 양자얽힘에 대해서 이해해보기

21. 입자와 물질의 예측불가능성에 대해서 이해해보기

22. 시간 개념의 변천사에 대해서 이해해보기

23. 4D 리플레이 영상으로 이해하는 질량의 상대성

-종료-

-보충 설명-

1. 갈루아의 군론을 통해 우주의 구조 이해해보기

2. 시간대를 시각적으로 이해해보기

3. 상호작용으로 질량의 상대성과 원근감을 이해해보기

추가로 저는 위의 설명과 관련이 있는 내용이 담긴 <자명론>과 <대칭론>이란 책을 썼습니다.

사실 책 이야기를 하는 이유는 자신 있으면 논문을 쓰라는 사람이 가끔씩 있어서 입니다.

철학자는 철학서를 쓰는 겁니다. 그리고 그 철학서 자체가 논문이고 말이죠.

<자명론>의 경우 너무 오래전에 써서 좀 허접합니다. 지금의 제 생각과 달라진 부분이 많고요.

그러나 무료이니 관심이 생기시면 한번 읽어보세요.

또 추가하자면 질량=에너지=공간 의 등가원리를 위 11번 링크를 통해 수학적으로도 이해할 수 있을 겁니다.

마지막으로 물리전공자분들이나 수학전공자분들에게 협업을 한번 제안해보려고 합니다.

저는 거시까지 확장된 ToE인 양자역학을 설명했지만 수학적으로 여전히 거시는 상대론을 쓰면 되고

미시는 양자역학식을 쓰면 된다고 생각했었는데 게임상의 최적화란 개념을 볼 때 새로운 수학(또는 중력)식이 필요할 수도

있겠다는 생각이 들었습니다. 실용적으로 물리 관련 시물레이션을 돌리거나 게임물리엔진에 사용될 수 있을 테니까 말이죠.

어쩌면 위 게임의 최적화도 수학이 들어간 것일테니 이미 관련된 식이 있을 지도 모르겠고 말이죠.

그래서 혹시 제 설명이 옳다고 생각하시는 물리학전공자나 수학전공자분들은 제 이론을 바탕으로 물리학 공식을 하나

만들어보시는게 어떤가 하는 겁니다. 슈뢰딩거의 방정식처럼 자신의 이름이 붙은 물리공식을 하나 만들어보시란 겁니다.

그럼 저는 제 철학을 알릴 수 있고 그분도 자기 이름을 딴 식이 생기는 것이니 윈윈이 될 겁니다.

또 한가지 제안을 드리자면 물갤에서만 제 글을 설명하기보단 여러가지 방법으로 알릴 수 있다면 좋을것 같아요.

그래서 유튜브를 하나 만들어서 물리학 전공자분과 같이 해보고 싶네요.

저 혼자 하는 것보다 서로 부족한 부분을 보완해주는 관계가 될 수 있을겁니다.

제 설명이 옳다면 분명 나쁘지 않은 도박일겁니다. 물론 욕을 많이 먹게 될 테지만 말이죠.

아마 지금은 없겠지만 그래도 선착순입니다.

관심있으신 분들은 제 닉으로 검색되는 카카오 오픈톡방으로 오시면 됩니다.