1-1. 전자의 위치는 확률로만 알 수 있다

이런 적 있지 않아?

축구 경기를 하는데, 갑자기 축구공이 안 보인다고 상상해 봐. 분명 방금까지 여기 있었는데! 친구에게 물어봐도 "아까까지 저기 있었는데…"라고만 하지. 그래서 공이 어디 있는지 정확히 짚어내려 하는데, 아무리 노력해도 "저 근처에 아마 있을 거야"라고밖에 말할 수 없는 거야.

황당하지? 그런데 놀랍게도, 원자 속 전자는 진짜로 이런 상황에 놓여 있어. 전자가 "정확히 어디에 있다"고 말할 수 있는 방법은 — 물리학의 어떤 천재가 와도, 세상에서 가장 좋은 장비를 써도 — 존재하지 않아.

"잠깐, 그게 말이 돼? 물건은 항상 어딘가에 있는 거 아니야?"

맞아, 너무 이상하게 들리지. 사실 이것은 20세기 최고의 물리학자들도 도저히 받아들이기 어려워했던 사실이야. 아인슈타인은 이 아이디어에 반대하면서 이렇게 말했어: "신은 주사위를 던지지 않는다." 그런데 자연은 정말로 주사위를 던지고 있었어!

지금부터, 물리학 역사상 가장 기이하고 가장 정확한 아이디어 — "전자의 위치는 확률로만 알 수 있다" — 를 함께 알아보자.

지금까지 알아낸 것

지난 장에서 우리는 아주 놀라운 사실들을 발견했어:

• 빛은 파동인 줄 알았는데, 입자처럼 행동하기도 한다 (광전효과).
• 전자는 입자인 줄 알았는데, 파동처럼 행동하기도 한다 (이중 슬릿 실험).
• 전자를 이중 슬릿에 하나씩 쏘면, 시간이 지나면서 간섭무늬가 나타난다 — 마치 파동처럼!

여기서 하나의 커다란 질문이 남았어.