철학과 사상 하이젠베르크 양자역학과 불확정성 원리. 핵무기 개발과 가치 개입

철학과 사상 하이젠베르크 양자역학(Quantum Mechanics)과 불확정성 원리(Uncertainty Principle), 핵무기 개발과 가치개입에 대하여 자세히 살펴보겠습니다. 독일의 이론물리학자인 베르너 하이젠베르크(1901년~1976년)는 과학자 닐스 보어 지도 아래 원자구조론을 연구하여 양자역학의 시초가 되는 연구를 수행하였고, 자신만의 불확정성의 원리에 대한 연구를 발표하고 인정받게 되어 1932년 노벨물리학상을 받게 됩니다.

하이젠베르크 양자역학 불확정성 원리 핵무기 개발과 가치개입

양자역학과 불확정성 원리

먼저 양자역학이란 현대물리학의 한 분야로써 원자 크기 이하의 아주 작은 미시세계 물질들에 대해 연구하는 학문입니다. 그는 양자역학 원리의 시작점이 되는 불확정성 원리에 대하여 이론물리적으로 설명합니다.'상상이 가능한 원자 모형은 상상이 가능한 모형이기에 그 자체로 결함이 있다.'라고 표현했는데, 이 말의 뜻은 원자 내부와 같은 눈으로 관찰할 수 없는 세계에 대하여 인간이 정확한 예측을 할 수가 없다는 것입니다. 1920년대 당시 전 세계의 과학자들이 모여 토론이 벌어지는데 이것을 '코펜하겐 해석'이하 불리는데, 그가 속해 있던 코펜하겐 학파는 다음과 같이 주장했습니다. '양자역학에서는 관측을 하기 전까지는 입자의 위치와 같은 물리량을 알 수 없다. 그것은 관측 이전까지는 오로지 파동 함수의 형태로 공간에 퍼져있다가 관측을 하는 순간 파동함수가 붕괴되며 하나의 상태로 비로소 결정된다.'라고 말입니다. 이러한 주장을 바탕으로 그는 1925년에 양자역학 관련 이론을 슈뢰딩거의 파동역학보다 1년 먼저 발표하였는데 수학적 행렬로 된 그의 이론이 너무 어렵고 복잡하여 주목을 받지 못했지만 결국 노벨상을 수상하게 됩니다. 이 원리를 이해하려면 먼저 불확정성의 뜻을 이해해야 합니다. 그는 파동 방정식을 통한 원리의 설명을 추구하였는데 거시세계의 뉴턴 역학의 법칙이 미시세계에 통용되는 법칙과 다르다는 것을 수학을 이용하여 확인시켜 주었고, 이러한 사실을 통해 하이젠베르크는 미시세상은 모든 것을 확정할 수 없다는 불확정성의 원리를 주장하게 됩니다. 조금 어렵지요? 단순한 예로 설명해 보겠습니다. 우리 인류는 눈부신 과학 혁명의 발전을 이루에 냈습니다만 아직 원자의 구성물질인 전자에 대하여 사진을 찍을 수 없습니다. 왜일까요? 전자라는 미시세계의 물질은 관찰하기 위해 빛을 사용하는 순간, 빛의 에너지를 받아서 다른 곳으로 이동해 버리기 때문입니다. 그래서 우리가 고등학교 때 배웠던 현대 원자 모형인 오비탈 모형이 바로 확률적으로 어딘가에 있을 거다라는 추측을 통해 만들어진 불확정성의 원리가 적용된 모형인 것입니다.

핵무기 개발과 가치 개입

하이젠베르크가 왕성한 과학 활동을 하던 시기에 전 세계는 2차 세계대전이라는 전쟁의 소용돌이에 빠져 있었습니다. 당시 독일은 나치의 히틀러가 집권하던 시기였고, 정치적인 압박으로 핵무기 개발 계획인 '우라늄 프로젝트'에 강제로 참여하게 되어 핵심적인 역할을 맡게 되었습니다. 그리고 핵무기 개발로 인하여 세계대전을 독일이 승리 시 엄청난 경제적 지원을 약속받았습니다. 핵무기 개발 과정 중에 1942년 나치 앞에서 핵무기 제조를 위해서는 우라늄 235 필요성을 이야기하면서 정제하고 농축하는 것이 기술적으로 어렵고, 고비용의 문제 등을 이야기했습니다. 그러나 그들이 연구 중에 발견한 플루토늄에 대해서는 일절 언급하지 않았고, 최종적으로 독일은 어떠한 핵무기도 갖기 못하게 됩니다. 여기서 그가 핵무기 개발에 무관심했던 건지 아니면 의도적으로 인류 살상 무기에 개발을 일부러 하지 않았던 것인지 아직 의견은 갈리지만, 결과적으로 나치의 핵무기 개발 프로젝트는 실패로 끝나게 되는데, 윤리적인 관점에서 평가하는 하이젠베르크는 과학에는 인간의 가치가 개입되어야 한다고 주장하는 입장으로 배우고 있습니다. 그와 비교하는 과학자로 가치중립을 주장하는 오펜하이머는 미국의 '맨해튼 계획'으로 알려진 핵무기 개발사업이 진행되고 미국이 원자폭탄을 개발하는 데 성공하게 되고, 미국의 주도로 전쟁이 종식되게 한 과학자입니다. 세계대전을 통하여 먼저 핵무기 개발에 박차를 가한 독일과 미국의 과학자들의 윤리적인 관점을 비교해 보면서 결과와 함께 우리 인류가 나아갈 방향에 대하여 성찰해 봐야 하겠습니다.