양자역학
20세기는 세계대전과 함께 시작되었습니다.19세기 영국과 독일의 패권 다툼은 독일, 오스트리아, 이탈리아 간의 3자 동맹과 영국, 프랑스, 러시아의 3자 협정으로 나뉘었습니다.한편, 제1차 세계대전은 1914년 오스트리아의 황태자 부부가 사라예보에서 총에 맞았을 때 발발했습니다.
4년간의 전쟁은 1918년까지 러시아 혁명과 미국의 참여로 끝났지만, 약해진 유럽은 점차 전통적인 지배권을 미국과 소련에 넘겨주었습니다.
제1차 세계대전은 또한 국제연맹의 창설과 소규모 식민지 국가들의 독립에 대해 긍정적이었지만, 결과적으로 패전국인 독일에 과도한 부담을 줌으로써 제2차 세계대전을 야기시켰습니다.
1939년 독일의 폴란드 침공으로 독일, 이탈리아, 일본 동맹국들이 군국주의에 의한 질서를 회복하려는 노력이 이어졌지만, 소련의 반격과 연합군의 노르망디 상륙은 전 세계에서 일련의 잔인한 전투로 이어졌습니다.
1945년 독일과 이탈리아의 패배 이후, 히로시마 원폭에 놀란 일본의 무조건 항복은 6년간의 전쟁을 끝냈습니다. 제2차 세계대전은 20세기에 5천만 명 이상의 사람들을 죽인 비극이었습니다.
이것은 원자 폭탄이라고 불리는 잘못된 기술의 사용으로 인한 무서운 결과의 예입니다.
과학자들을 당황하게 만든 것은 양자역학입니다.
사람이 거의 없는 깊은 숲에는 많은 나무들이 있습니다. 그때 나무가 쿵 하고 쓰러졌습니다. 그렇게 큰 나무가 쓰러졌을 때, 우레와 같은 소리가 조용한 숲을 가로질러 지축을 흔들었습니다. 멀리서 희미한 소리가 들릴 때, 나무가 쓰러지는 소리인지 확신할 수 있나요?
양자역학을 거부한 아인슈타인은 이렇게 말했습니다. 숲에 혼자 쓰러지는 나무라는 우화를 인용했는데, 나무가 쓰러지는 것을 못 봤다고 해서 존재하는 것이 아닙니까?
양자역학의 신봉자들은 물러서지 않고 “아무도 나무가 쓰러지는 것을 본 적이 없다면 나무가 그곳에 있는지 확인할 방법이 없습니다. 나무를 식별할 수 있는 유일한 방법은 누군가가 나무를 보도록 하는 것입니다. 어느 것이 옳은가요?
양자 역학에 따르면, 관측될 때까지 전자만큼 작은 입자의 위치를 말하는 것은 무의미하다고 합니다. 관찰되지 않은 전자는 명확한 위치를 가지고 있지 않습니다. 우리가 전자로부터 얻을 수 있는 유일한 정보는 기껏해야 전자의 위치의 확률입니다.
아인슈타인이 1905년에 광자 가설에 관한 논문을 발표했을 때, 물리학자들의 관심사 중 하나는 빛의 본질에 관한 것이었습니다. 빛은 입자입니까, 파동입니까? 이 문제는 오랫동안 과학자들을 괴롭혀 왔습니다.
17세기에, 호이겐스는 파도의 각 지점에서 새로운 파동원이 생성되었다고 주장했습니다. 바다에서 해안까지 파도를 보세요. 여러분은 파도의 높은 부분이나 바닥의 곡선이 조금씩 모양을 바꾸면서 움직이는 것을 볼 수 있습니다. 파도의 밑부분을 연결하면 동심원이 되는데 이 부분을 파면이라고 합니다.
호이겐스는 스폰지가 시간이 지남에 따라 다음 스펀지를 형성한다는 것을 발견했습니다. 즉, 파동의 각 점은 사각파를 생성하는 파형 소스가 되고, 이는 겹쳐서 다음 파동을 형성합니다. 그것은 ‘호이겐스의 원리’라고 불립니다.
비슷한 시기에, 뉴턴은 빛이 프리즘과 렌즈를 사용하여 단순한 백색 빛이 아닌 무지개 색으로 나뉘는 것을 발견했고, 빛이 입자처럼 직진한다고 주장했습니다.
한동안, 광파 이론은 뉴턴의 권위 아래 잠복해 있었습니다. 그 후 19세기 초 영국의 토마스 영이 빛의 회절과 간섭을 시험했을 때, 광파 소문은 다시 표면으로 떠올랐습니다.
이 상황에서 아인슈타인은 빛이 우주에 연속적인 파동으로 퍼지는 것이 아니라 불연속적인 입자, 광자로 퍼진다고 주장했습니다. 그는 막스 플랑크의 신문 때문에 이런 주장을 했습니다.
다음 200년 동안, 뉴턴이 자연철학의 수학적 원리인 “프린키피아”를 출판했을 때 고전역학은 과학자들 사이에서 절대적인 진리로 여겨졌습니다.
그때부터, 세계는 뉴턴의 운동 법칙에 따라 시계처럼 움직이기 시작했습니다. 예를 들어, 대포알은 뉴턴의 두 번째 법칙인 가속의 법칙에 따라 날았고, 마차는 세 번째 법칙인 행동 반응의 법칙에 따라 움직였습니다.
뉴턴의 법칙은 주어진 시간에 위치와 속도를 알면 물체의 경로를 정확하게 계산할 수 있다고 말합니다. 다시 말해서, 우연은 처음에는 존재하지 않았고, 우주의 모든 현상은 초기 조건에 의해 결정되었습니다.
이 결정론적 세계관은 1850년대에 흑체 방사선 이론 때문에 갈라지기 시작했습니다. 산업 혁명 기간 동안 고품질 철을 만들기 위해서는 용해로의 정확한 온도를 아는 것이 필수적이었습니다.