독일 기상청의 뉴스레터를 받아 보는데 오늘은 일기예보의 불확정성에 대해 어마어마한 장문의 글을 받았다. 오늘이 12월 5일. 오늘 태어난 세계적 물리학자 베르너 하이젠베르크를 들먹거리며 왜 일기예보가 맞지 않는지에 관해서 장황한 변명을 늘어놓았다. 다 읽고 나니 변명이 아니라 설명임을 알았다.

Werner Heisenberg (1901-1976), 독일의 물리학자 불확정성의 원리를 발표하고 양자역학을 창시했다. [사진 출처: German Federal Archives]

12월 5일에 태어난 사람 중 베르너 하이젠베르크라는 인물이 있다. 불확정성 원리를 발견한 인물로서  그는 남들이 보지 못하는 세상을 들여다 본 사람이다. 물리학자란 뜻이다.

한글 위키에 베르너 하이젠베르크 Werner Heisenberg (1901-1976)에 대해 상세히 설명되어 있으므로 간략히 인용한다.

베르너 카를 하이젠베르크(독일어: Werner Karl Heisenberg, 1901년 12월 5일~1976년 2월 1일)는 독일의 물리학자이다. 행렬역학과 불확정성 원리를 발견하여 20세기 초 양자역학의 발전에 절대적인 공헌을 했다. 그는 1932년에 “양자역학을 창시한” 공로로 노벨 물리학상을 수상했다. 막스 보른과 파스쿠알 요르단과 함께 1925년 양자역학의 행렬적 형식을 발표하고 1927년에 불확정성 원리를 발표했다. 불확정성 원리는 하이젠베르크의 가장 유명한 과학적 업적으로 알려졌다. 그는 또한 난류의 유체역학, 원자핵, 강자성, 우주선, 소립자의 연구에 지대한 공헌을 했다.

하이젠 베르크는 일찍이 신동이라 불렸고 26세의 약관으로 대학 교수가 되었다.

양자역학의 중요한 이론 중 하나는 소위 말하는 “하이젠베르크의 불확정성 원리“이다. 이 원리는 ”물리학의 성배“라고 불리기도 한다. 원칙적으로 공간과 속도의 최소 단위는 정확히 정의할 수 없다고 한다. 다시 말해서 한 입자의 위치가 정확히 파악된 경우에도 그 입자가 움직이는 속도는 가늠이 되지 않는다는 뜻이다. 그 역도 물론 성립된다. 불확정성의 원리란 결국 양자역학적 ”헤맴“이다. 내가 어디 있는지 알지만 어디로 가는지 모르고, 어디로 가는지는 알지만 어디에 있는지는 모른다.

물론 불확정성 원리는 이보다 더 심오한 뜻이 있으나 우리의 상상력을 벗어나는 곳에 있다. 양자의 세계에서는 우리가 사는 세상에서와는 전혀 다른 법칙이 작용한다. 한 개의 입자가 두 장소에 동시에 존재할 수 있다거나 관찰을 통해서 사실을 바꿀 수 있다는 등의 결론은 말이 안되는 것처럼 들린다. 수많은 물리학도들이 양자역학을 이해하려 시도했다가 실패의 고배를 마셨다고 한다. 

양자의 세계는 “여건이 이러저러하니 이러저러한 결과가 나올 것이다”라는 결론을 허용하지 않는다. 그러므로 미래의 일은 조건부로만 예언이 가능하다.

독일 기상청의 막달레나 베르텔만 여사는 일기예보에도 마찬가지 원리가 작용한다고 말한다. 일기예보의 불확정성이다. 초능력 슈퍼컴퓨터에도 불구하고 일기를 정확히 예측하는 것은 원칙적으로 불가능하다는 주장이다. 그 원인은 우리가 사는 대기권이 소위 말하는 혼돈 시스템에 의해 지배되기 때문이라고 한다. 누구나 혼돈 시스템에 대해서 들어본 적이 있을 것이다. 자세히는 모르겠으나 일기예보와 관련하여 베르텔만 여사는 “출발점의 아주 미세한 차이가 엄청나게 다른 결과를 빚는다는 나비효과가 일기예보에도 적용된다”고 말한다.

불확실성이나 혼돈시스템 등을 들으면 머리가 아파지는 건 당연한 일이다. 미국의 물리학자며 노벨상 수상자 Richard Feymann (1918-1988)이 말하기를 “양자역학을 이해했다고 믿는 사람은 틀림없이 이해를 못한 사람이다.”고 했단다.

참고자료:

  • 독일 기상청 소식지, 2016.12.05.

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