2-1. 하이젠베르크의 불확정성 원리 — 위치를 정확히 알면 속도를 모른다

지금까지 우리는 양자역학의 세계에서 전자의 위치가 확률로만 알 수 있다는 것, 에너지가 계단처럼 띄엄띄엄한 값만 가진다는 것, 심지어 입자가 벽을 뚫고 지나가는 터널링 현상까지 알아봤어. 이번에는 양자역학에서 가장 유명하고, 가장 놀라운 규칙 하나를 만나볼 거야. 이 규칙을 알고 나면 "자연이 우리에게 허락하는 것에는 한계가 있구나"라는 것을 깨닫게 될 거야.

범인을 찾아라! — 그런데 찾을 수 없다고?

형사 드라마를 본 적 있지? 범인이 어디에 있는지 알아내고, 범인이 어디로 도망가는지(얼마나 빠른지) 파악하면 범인을 잡을 수 있어. 위치와 속도 — 이 두 가지만 알면 되는 거야.

그런데 만약 이런 규칙이 있다면 어떨까?

"범인의 위치를 정확히 알아내려고 하면 할수록, 범인이 얼마나 빠르게 달리는지는 점점 더 알 수 없게 된다."

말도 안 되는 것 같지? 우리가 사는 일상 세계에서는 당연히 말이 안 돼. 축구공이 어디에 있는지 보면서 동시에 얼마나 빠른지도 알 수 있으니까.

그런데 원자보다 작은 세계에서는 이것이 진짜 자연의 법칙이야.

이것이 바로 물리학 역사상 가장 충격적인 발견 중 하나인 하이젠베르크의 불확정성 원리야.