양자역학의 시작, 제 5차 솔베이 회의

[객원 에디터 3기 / 정동혁 기자 ] 1927년 벨기에의 브뤼셀에서는 현대과학의 중요한 축을 이루는 한 회의가 열린다. 벨기에의 기업가 어니스트 솔베이가 개최하는 이 회의에서는 세계의 수많은 물리학자들이 모여 서로의 의견을 공유하고 토론하는 자리가 마련된다. 제 5차 솔베이 회의의 주제는 전자와 광자였다. 이 회의에 초청된 학자는 총 29명으로 이중 17명이 노벨상을 수상하는 엄청난 업적을 이루게 된다. 

제 5차 솔베이 회의의 주제는 전자와 광자로 원자 단위의 작은 수준에서의 이론인 양자역학과 기존의 물리학에 대한 주제였다. 특히 보어와 하이젠베르크가 주장한 코펜하겐 해석이 맞는지 아닌지에 대한 토론이 이루어졌다. 아인슈타인은 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”라고 말하며 코펜하겐 해석에 반대하는 입장을 밝혔었다. 

코펜하겐 해석에 대하여 간략히 소개하자면 보어의 상보성 원리와 하이젠베르크의 불확정성의 원리를 결합한 해석이다. 보어의 상보성 원리는 양자 역학적 물체(전자나 광양자 등의 입자)가 실험에 따라 파동성 혹은 입자성을 보인다는 원리로 실험에 따라 양자의 성질이 바뀔 수 있다는 것을 의미한다. 하이젠베르크의 불확정성의 원리는 양자의 두 개의 물리량을 동시에 정확히 측정할 수 없다는 것이다. 이 두 가지 이론 이외에도 다양한 이론들이 합쳐져 양자역학에 대한 해석인 코펜하겐 해석이 탄생하게 되었다.

제 5차 솔베이 회의에서 아인슈타인이 지속적으로 코펜하겐 해석의 허점을 지목했지만 보어가 잘 반박하며 코펜하겐 해석 즉, 양자역학의 승리로 끝나게 된다. 하지만 아인슈타인은 이에 굴복하지 않고 제 6차 솔베이 회의에서 빛상자 실험이라는 코펜하겐 해석을 격파할 실험을 고안해낸다. 보어는 처음 이 주장을 듣고 매우 당황하였지만 아인슈타인의 상대성이론을 응용하여 빛상자 실험의 논리적 모순을 지적하며  완전히 승리하게 된다.

양자역학의 중요한 시작점이었던 제 5차 솔베이 회의가 개최된지 95년이 지났고 100주년을 앞두고 있다. 그동안 현대과학은 기하급수적인 속도로 발전하였고 다양한 분야에서 양자역학이 활용되었다. 앞으로도 양자역학이 우리 생활에서 다양한 도움을 주기를 기대한다.