미세 입자의 위치-속도 동시에 정밀측정 성공” 日 연구진, 英 과학저널 발표 “양자역학 기본이론 불확정성 원리 결함 발견”

현대물리학의 근간인 양자역학의 기본 이론인 ‘불확정성 원리’가 늘 성립하지는 않는다는 연구 결과가 나왔다. 영국 과학전문지 ‘네이처 피직스(물리학)’ 인터넷판은 16일 “오스트리아 빈 공대의 하세가와 유지(長谷川祐司) 조교수와 일본 나고야대 오자와 마사나오(小澤正直) 교수 공동연구진이 이를 입증하는 실험 결과를 발표했다”고 전했다.

독일 물리학자 베르너 하이젠베르크(1901∼1976)가 1927년 발표해 1932년 노벨 물리학상을 받은 불확정성 원리는 전자와 중성자 같은 미세한 입자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정하는 것이 불가능하다고 본다. 입자의 위치나 속도를 재려면 빛을 입자에 닿도록 해야 하는데 위치를 측정하기 위해 파장이 짧은 빛을 사용하면 빛의 에너지로 입자가 튕겨나가 속도를 정확하게 측정하는 것이 불가능해지기 때문이다. 그렇다고 속도를 재기 위해 파장이 긴 빛을 쓰면 위치의 정밀도가 떨어질 수밖에 없다. 이 때문에 위치와 속도 가운데 하나를 정확하게 재려고 하면 다른 한쪽의 오차는 커질 수밖에 없다는 것이 불확정성 원리. 측정하는 행위 자체가 측정 대상의 위치나 속도를 변화시킨다는 뜻이다. 아인슈타인이 존재를 예언한 중력파를 현대까지도 검출하지 못한 것도 이 이유다.

그러나 연구진은 원자핵을 구성하는 중성자의 ‘스핀’이란 성질을 정밀하게 측정하는 방법을 개발했다. 위치와 속도에 해당하는 두 종류의 스핀을 매우 정확하게 측정했으며 오차는 불확정성 원리를 나타내는 수식의 허용 범위보다 작았다. 이는 오자와 교수가 2003년 스스로 만든 수식을 실험으로 입증한 것이다. 오자와 교수는 “작은 입자의 위치와 속도를 정확하게 측정할 수 있다는 걸 입증해 양자역학의 새로운 길을 열었다”고 말했다.

 동아일보