양자역학 100년: 세상을 바꾼 사람들

(댄 트리) - 올해는 양자역학이 탄생한 지 100주년이 되는 해입니다. 획기적인 이론부터 세계적인 응용까지, 양자역학은 베트남에게 미래를 만들어갈 양자 기술 혁명의 물결을 잡을 절호의 기회입니다.

20세기 초에 촬영된 이 흑백 사진에서는 우아한 정장을 입은 수십 명의 과학자들이 고대 고딕 건물 앞에 앉아 있습니다.

이것은 평범한 회의가 아니었습니다. 인류 역사상 가장 중요한 과학 학술대회 중 하나였으며, 20세기 물리학계의 가장 위대한 인재들이 모인 자리였습니다.

그 엄격한 얼굴들 중에는 은빛 머리카락을 가진 알베르트 아인슈타인, 베르너 하이젠베르크, 에르빈 슈뢰딩거, 막스 플랑크 등 많은 과학자들이 있었는데, 이들은 함께 가장 혁명적인 과학 이론 중 하나인 양자역학을 만들어냈습니다.

1927년 솔베이 회의에는 당시 세계의 주요 과학자들이 모였습니다.(사진: 위키)

올해는 양자역학이 공식적으로 탄생한 지 100주년이 되는 해입니다. 유엔은 2025년을 세계 양자 과학 기술의 해로 지정하여 이 과학 혁명의 100년을 기념하고 다음 세기에도 그 잠재력을 계속 탐구하고자 합니다 .

또한 이는 사람들이 우주를 이해하는 방식을 완전히 바꾸고 오늘날의 삶에 응용할 수 있는 이론의 놀라운 여정을 되돌아볼 수 있는 기회이기도 합니다.

혁명의 기원

1925년 여름, 독일의 젊은 물리학자 베르너 하이젠베르크는 심각한 꽃가루 알레르기를 피하기 위해 북해의 헬골란트 섬으로 갔습니다.

바로 이 고립된 곳에서 그는 "양자 이론의 관점에서 운동학적 및 기계적 관계를 재해석하는" 혁신적인 논문을 집필할 생각을 했습니다. 그러나 그는 그 논문이 출판 후 물리학의 새로운 시대를 열 것이라고는 예상하지 못했습니다.

과학자들은 뉴턴의 고전 물리학으로는 원자 수준의 많은 현상을 설명할 수 없다는 것을 이미 알고 있었습니다.

천재 물리학자 알베르트 아인슈타인은 물리학, 즉 양자역학의 발전에 기여했습니다(사진: PBS).

막스 플랑크는 에너지가 양자라는 불연속적인 "묶음"으로 흡수되고 방출된다는 것을 발견했습니다. 아인슈타인은 이 아이디어를 이용하여 광전효과를 설명했습니다. 하지만 물리학의 새로운 분야인 양자역학의 완전한 이론적 체계를 구축한 것은 하이젠베르크와 그의 동료들이었습니다.

특별한 점은 양자역학이 단순히 기존 이론을 대체하는 새로운 이론이 아니라는 것입니다. 양자역학은 현실에 대한 우리의 직관적 관념을 버릴 것을 요구합니다.

양자 세계에서는 입자가 동시에 여러 상태로 존재할 수 있고(양자 중첩이라고 함), 수백만 마일 떨어져 있어도 즉시 서로 영향을 미칠 수 있으며(양자 얽힘), 하이젠베르크의 불확정성 원리에 따라 입자의 위치와 운동량을 동시에 알 수 없습니다.

이론에서 광범위한 적용까지

많은 사람들은 양자역학을 실험실에서 쓰이는 복잡한 수학 공식 정도로만 생각합니다. 하지만 사실 양자역학은 현대 생활의 모든 영역에 침투해 있습니다.

우리가 매일 사용하는 대부분의 전자 기기는 양자 원리로 작동합니다. 주머니 속 스마트폰에는 수십억 개의 트랜지스터가 들어 있는데, 이 장치는 반도체의 양자 역학에 대한 이해를 바탕으로 발명되었습니다.

양자역학이 없었다면 우리는 컴퓨터도, 인터넷도, GPS도 없었을 것입니다. 양자 원리에 기반한 또 다른 중요한 발명품인 레이저는 슈퍼마켓의 바코드 판독기, CD/DVD 판독기부터 안과 수술 및 광섬유 케이블을 통한 데이터 전송에 이르기까지 널리 사용되고 있습니다.

자기공명영상(MRI) 장비는 핵자기공명 원리, 즉 양자 현상에 따라 작동합니다(사진: ST).

현대 의학 또한 양자역학의 혜택을 크게 받습니다. 자기공명영상(MRI) 장치는 양자 현상인 핵자기공명 원리를 기반으로 작동합니다.

방사선 암 치료 역시 원자핵의 양자 물리학에 대한 이해에 기반을 두고 있습니다.

우주론처럼 얼핏 믿기 어려운 것조차도 양자역학을 필요로 합니다. 우리는 별이 왜 빛나는지, 어떻게 무거운 원소를 생성하는지, 그리고 결국 어떻게 죽는지 이해합니다. 이 모든 것은 양자역학 덕분입니다.

그것은 고체 물질이 붕괴되지 않는 이유, 금속이 전기를 전도하는 이유, 그리고 자연에서 일어나는 수많은 다른 현상을 설명합니다.

역사 속의 '숨겨진 인물들'

양자 물리학자들의 역사적 자취를 돌아보면, 우리는 흔히 아인슈타인, 하이젠베르크, 슈뢰딩거 같은 유명인사들만 기억합니다. 하지만 이 분야의 발전 과정에는 다른 많은 잊힌 인물들, 특히 여성들의 이야기가 담겨 있습니다.

루시 멘싱은 그런 여성 중 한 명이었습니다. 그녀는 하이젠베르크와 같은 연구팀에서 일하며 그의 양자역학 이론을 최초로 적용한 사례들을 계산했습니다.

역사에서 마땅히 받아야 할 인정을 받지 못한 중요한 여성 과학자들이 많이 있습니다. 2025년에는 양자 물리학 역사에 이름을 남긴 16명의 여성 과학자를 소개하는 전기가 출간되어, 이러한 잊혀진 공헌들을 조명하는 데 도움이 될 것입니다.

중국이 연구하고 개발한 양자 컴퓨터(사진: The Quantum Insider)

이는 과학이 천재들만의 업적이 아니라 여러 사람의 공동 노력의 결과임을 일깨워줍니다. 모든 발견은 선행 연구를 기반으로 하며, 양자역학의 성공은 정치적, 문화적 장벽을 뛰어넘는 국제적 협력의 결과입니다.

두 번째 양자 혁명

20세기에 양자역학이 과학 이론으로 탄생하고 발전했다면, 21세기에는 '제2의 양자 혁명' 시대가 열리고 있습니다.

이때부터 인간은 양자역학의 이상한 특성을 직접 이용하여 완전히 새로운 기술을 창조하기 시작했습니다.

양자 컴퓨터는 가장 기대되는 기술 중 하나입니다. 0 또는 1의 상태만 가질 수 있는 비트를 사용하는 기존 컴퓨터와 달리, 양자 컴퓨터는 "양자 중첩" 원리 덕분에 동시에 두 상태를 가질 수 있는 큐비트를 사용합니다.

이를 통해 양자 컴퓨터는 많은 계산을 병렬로 수행할 수 있으며, 기존 컴퓨터로는 수백만 년이 걸리는 문제를 며칠 또는 몇 시간 만에 해결할 수 있는 잠재력이 있습니다.

양자 컴퓨터는 여러 분야에 혁명을 가져올 것으로 기대됩니다. 의학 분야에서는 복잡한 분자 구조를 정확하게 시뮬레이션하여 신약 개발을 더욱 빠르고 효율적으로 도울 수 있습니다.

재료 과학에서 양자 컴퓨터는 고유한 특성을 가진 새로운 소재를 설계할 수 있습니다. 금융 분야에서는 전례 없는 수준으로 포트폴리오를 최적화하고 위험을 분석할 수 있습니다.

일본은 양자 기술 연구의 선도 국가 중 하나입니다(사진: DigWatch).

양자 감지는 양자 효과를 이용하는 또 다른 유망한 응용 분야로, 이러한 센서는 매우 민감하여 자기장, 중력 또는 시간의 가장 작은 변화도 측정할 수 있습니다.

의학에서 질병을 조기에 발견하는 데 사용할 수도 있고, 지질학에서 자원 탐사에 사용할 수도 있으며, GPS 없이도 정확한 위치 파악에 사용할 수도 있습니다.

양자 통신, 특히 양자 암호는 절대적으로 안전한 정보 전송 방법을 제공합니다. 양자역학 원리에 기반하여, 도청 시도는 양자 상태를 변화시키고 즉시 탐지됩니다.

여러 국가에서 이미 양자 통신 네트워크 구축에 착수했으며, 미래에는 양자 인터넷이 현실이 될 수도 있습니다.

베트남의 도전과 기회

두 번째 양자 혁명이 전개됨에 따라 베트남은 뒤처지지 않기 위한 전략이 필요합니다. 양자 과학 연구 및 교육에 대한 투자가 시급해졌습니다.

우리는 양자 기술을 이해하는 차세대 과학자와 엔지니어를 양성하고, 적절한 연구 인프라를 구축해야 합니다.

베트남에서는 많은 전문가와 과학자들이 협력하여 양자 기술을 연구하고 있습니다(사진: President Club).

국제 협력 또한 중요합니다. 역사가 보여주듯이 과학적 돌파구는 국경을 넘나드는 협력에서 비롯되는 경우가 많습니다. 베트남은 양자 기술 관련 국제 연구 프로젝트에 적극적으로 참여하여 선진국의 경험을 배워야 합니다.

동시에, 우리는 양자역학에 대한 지식을 대중에게 널리 알려야 합니다. 많은 사람들이 여전히 이 분야가 너무 복잡하고 먼 분야라고 생각하지만, 앞서 살펴보았듯이 양자역학은 현대 생활의 모든 측면에 영향을 미칩니다.

양자역학에 대한 기본적인 이해는 사람들이 새로운 기술의 중요성을 인식하고 미래에 대한 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

미래를 바라보며

양자 물리학의 선구자들의 사진을 다시 볼 때, 우리는 인류가 우주를 이해하는 방식을 바꾼 사람들뿐만 아니라, 탐구에 대한 열정, 오래된 사상에 도전하려는 의지, 그리고 경계를 넘어 협업하려는 의지 등 과학 정신도 봅니다.

그러한 정신은 21세기에 과학이 높은 수준에 도달하는 데에도 여전히 필수적입니다.

올해는 양자역학 100주년을 기념하는 해일 뿐만 아니라, 미래를 내다보는 해이기도 합니다.

양자 기술의 발전으로 우리는 전례 없는 새로운 가능성의 문턱에 서 있습니다. 양자 컴퓨터는 기후 변화부터 불치병 치료제 개발에 이르기까지 인류가 직면한 가장 큰 과제들을 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

양자 감지는 우주를 탐험하고 우리 자신을 이해하는 새로운 길을 열어줄 수 있습니다. 양자 통신은 더욱 안전하고 사적인 연결된 세상을 만들어낼 수 있습니다.

양자역학은 현실이 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 복잡하고 신비롭다는 것을 보여주었습니다. 따라서 100년의 양자역학에서 얻은 가장 중요한 교훈은 아마도 다음과 같을 것입니다. 항상 놀라움에 대비하고, 항상 호기심을 갖고, 탐구를 멈추지 마십시오.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/100-nam-co-hoc-luong-tu-nhung-con-nguoi-thay-doi-the-gioi-20250626124351568.htm