칭화대 박사가 마블 영화의 '양자 세계'를 설명합니다.

앤트맨과 와스프는 마블 유니버스의 세 번째와 네 번째 단계를 연결하는 중요한 노드입니다. 이 이야기 속의 "양자 세계"는 새로운 마블 멀티버스를 여는 데 가장 중요한 개념입니다.

이 영화는 8월 24일 IMAX 3D 포맷으로 개봉될 예정이다. 먼저 예고편부터 보시죠~  
  

양자 상태, 양자 채널, 양자 세계, 양자 얽힘... 괴짜 영화 팬으로서 우리는 "앤트맨과 와스프"를 보기 전에 먼저 이런 난해한 개념을 이해해야 합니다. 그래야 영화의 미스터리를 더 잘 이해할 수 있습니다.

박사 학위를 취득한 Wang Ce에게 특별히 감사드립니다. 청화대학교에서 양자물리학 박사 학위를 받았으며, "앤트맨"의 양자 코드를 풀기 위해 우리와 함께 작업했습니다.

왕세
칭화대학교
양자 물리학 및 머신 러닝 박사
"양자 위상 상태 동역학 및 상호작용 효과"에 관한 다수의 논문 발표
"물리학 연구를 위한 머신 러닝 방법" 등에 관한 논문

양자는 우주에서 가장 작은 존재이지만, 흥미로운 점은 그것이 지난 세기의 가장 위대한 과학적 혁신을 나타내며 무한한 가능성을 숨기고 있다는 것입니다.

마블의 "앤트맨" 스토리에서 핸크 핌 박사는 "핌 입자"를 통해 물질이 다른 차원의 공간으로 이동하고, 이를 통해 물체를 더 크게 또는 더 작게 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그는 스콧 랭을 개미 크기의 슈퍼히어로 "앤트맨"으로 직접 만들었습니다.

핌의 아내이자 "원조 와스프"인 재닛 밴 다인은 핵폭탄 폭발을 막기 위해 양자 세계로 몸을 축소한 뒤 30년 동안 사라졌습니다.

"앤트맨 1"에서 스콧 랭은 양자 세계에 잠시 갇혔지만, 앤트맨 슈트를 조정해 탈출했습니다. 그래서 "앤트맨과 와스프"의 이야기는 모두가 재닛 밴 다인을 구하기 위해 양자 세계로 향하는 것에 관한 것입니다.

마블 영화의 네 번째 단계에서는 멀티버스와 성간 탐험에 더 중점을 둘 예정입니다. 앤트맨과 "양자 개념" 역시 "어벤져스 4"에서 중요한 역할을 할 예정입니다!

양자역학은 영화 속 이야기가 아니라, 이 세상의 모든 것의 구성과 작용을 지배하는 필수적인 법칙입니다.

모든 것이 미세한 상태로 축소되면, 모든 것이 가능한 이상한 현상으로 가득 찬 세상을 발견하게 될 것입니다!

우리는 물질이 원자로 이루어져 있다는 것을 알고 있습니다. 원자는 원자핵과 원자핵을 도는 전자로 이루어져 있는데, 이를 우리는 총칭하여 아원자 입자라고 부릅니다.

전자는 실제로 일종의 "파동"입니다.

세상의 모든 것은 전자로 이루어져 있지만, "물질의 존재"는 다양한 파동의 특성에 따라 달라지므로, 모든 사람은 완전히 다르게 보입니다.

이러한 물질파의 속성은 전자가 원자핵 주위를 공전할 때 전자의 공간과 거리를 결정합니다.

이것은 우주에서 가장 엄격한 질서 체계입니다. 전자는 매우 멀리 떨어져 있으므로, 전자로 구성된 원자에는 거의 비어 있는 공간이 많습니다.

전자의 파울리 배타 원리에 따르면 전자는 동시에 정확히 같은 위치에 존재할 수 없으므로, 이 작은 친구들은 서로 멀리 떨어져 있어야 안전합니다.

같은 전하를 띤 전자들은 서로 밀어낸다.

"앤트맨" 스토리에서 "핌 입자"는 전자 사이의 공간적 거리를 재설정하여 물체를 "더 크게 또는 더 작게" 만들 수 있습니다. 이것은 예술적인 "물리적 사고 실험"입니다.

IMAX 거대 스크린에서 26%의 추가 화면으로 이런 종류의 "확대 및 축소" 특수 효과를 보는 걸 상상해보세요. 더욱 흥미진진하지 않을까요?

그뿐만 아니라, IMAX 극장의 놀라운 사운드 시스템은 미세한 세계에서 앤트맨과 와스프의 날개가 윙윙거리는 소리를 바로 귀 바로 옆에 있는 것처럼 느끼게 하여 청각적 경험을 두 배로 높여줍니다.

영화에서의 "양자 터널링"에 대해 이야기해 보겠습니다.

"양자 터널링"은 상상의 산물이지만, 양자역학의 기묘한 효과로 인해 아원자 입자(전자)가 고체 물질을 "이동"하는 것은 충분히 가능합니다!

아원자 규모에서는 입자가 어디에 있는지, 어디로 가는지 결코 알 수 없습니다. 위치를 정확하게 측정하려고 하면 궤적을 측정할 수 없고, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

따라서 "물질파"의 파동 함수는 "확률 밀도파"로도 해석될 수 있습니다.

다시 말해, 우리가 할 수 있는 일은 입자가 어느 주어진 순간에 특정 위치에 있을 확률을 설명하는 것뿐입니다.

"고양이 살인마" 슈뢰딩거가 제시한 "슈뢰딩거 방정식"을 사용하세요.

그러므로 입자가 벽의 반대편처럼 있어서는 안 될 곳에 떨어질 가능성은 (아무리 작더라도) 항상 존재합니다.

이런 현상을 "양자 터널링"이라고 합니다.

입자가 더 빨리 움직일수록 더 많은 에너지를 가지게 되고, 어떤 "불가능한 장애물"을 통과할 가능성도 커집니다.

양자 상태에서 벽을 통과하려면 최대한 빨리 달려야 하며 성공할 확률이 매우 낮아질 때까지 계속해서 시도해야 합니다. 하지만 불가능한 것은 아닙니다.

"양자 터널링"의 실제 응용 분야로는 항성 핵융합과 인공 트랜지스터와 같은 고체 소자가 있습니다.

앤트맨과 와스프의 악당 고스트는 실제로 거시적인 방식으로 "양자 터널링"을 보여줍니다. 그녀는 파동 함수와 파동 상태를 어떤 식으로든 바꾸었을 것이므로, "터널링"의 확률은 100%에 가깝습니다.

그녀가 이 "초능력"을 터득한다면, 단순히 "벽을 통과하는 것"만이 아니라, 거의 모든 종류의 놀라운 장소에 동시에 나타날 수 있을 것입니다.

양자 물리학에서 가장 기괴한 개념은 '양자 얽힘'입니다.

그것은:

입자들 사이의 거리에 관계없이 한 입자가 다른 입자에 즉각적으로 영향을 미치는 방식입니다.

"두 입자가 얽힌 상태"에 있을 때, 두 입자의 상태는 서로에게 영향을 미칩니다.

예를 들어, 파란색 동전과 빨간색 동전 두 개가 있다고 가정해 보겠습니다. 동전 1과 동전 2입니다.

두 개의 양자 동전이 얽혀 있고, 아무도 각각의 색깔을 알 수 없도록 두 동전을 별도의 불투명한 상자에 넣었다고 가정해 보겠습니다.

이제 누군가가 동전 1이 담긴 상자를 들고 은하계 반대편으로 달려갑니다. 동전 1이 들어 있는 상자를 열고 색깔을 보면 동전 2의 색깔이 무엇인지 100% 확신할 수 있습니다.

더욱 놀라운 점은 상자를 열기 전에는 동전 1이 파란색도 빨간색도 아니라는 것입니다. 파란색인지 빨간색인지는 관찰한 후에야 알 수 있다.

상자 속 동전이 관찰되지 않을 때의 상태는 양자파동 함수 중 하나에 의해 파란색과 빨간색의 "중첩"으로 수학적으로 설명됩니다.

동전 1의 색깔을 보면 한 가지 색깔로 고정되지만, 은하계 반대편에 있는 동전 2는 즉시 다른 색깔로 바뀐다.

상자를 열고 동전 2의 색깔을 관찰하면 양자 얽힘이 깨졌다고 여겨진다.

당신은 내가 전하는 독점적인 메시지가 은하계를 가로질러 전달되어 당신이 누구인지 확실히 알아낼 때까지 간절히 기다려야 할 것입니다.

따라서 양자 얽힘은 암호화와 차세대 슈퍼컴퓨팅 장치에 사용될 수 있습니다.

양자 세계는 미친 우주입니다! 이것을 더 많이 이해할수록 거시적 세계의 모든 알려진 물리 법칙, 시간과 거리의 차원, 물체의 운동 방향... 이 깨지고 온갖 새로운 가능성이 등장하게 될 것입니다. 이것이 바로 세상에서 가장 똑똑한 사람들이 이에 집착하는 이유입니다!

"앤트맨" 영화 시리즈의 과학 컨설턴트는 캘리포니아 공과대학의 양자 물리학자인 스피리돈 미칼라키스입니다. 영화의 줄거리와 특수효과는 과학적 연구 결과를 바탕으로 만들어졌으며, 과학자들 역시 제작에 깊이 관여했다고 합니다.

▲ 양자물리학 전문가 스피리돈(왼쪽)과 스탠 리(오른쪽)

▲ 스피리돈(왼쪽)과 '앤트맨' 메인 크리에이티브 팀

앤트맨과 와스프는 영화 팬들을 설레게 할 뿐만 아니라, 양자 물리학을 연구하는 사람들에게도 흥미를 불러일으킨다.

이 영화는 IMAX 거대 스크린을 사용해 과학이 상상한 미시적인 양자 세계를 보여줍니다. 양자 물리학 연구에 참여하는 연구자들 역시 최고의 시각적 창작팀의 손에 들어가면 이 세상이 어떻게 보일지 보고 싶어합니다.

▲ 물리학자들이 마블을 위해 "설계"한 양자 세계

▲ 놀란 감독의 '인터스텔라'에 나오는 '블랙홀'은 캘리포니아 공과대학 물리학 교수인 킵 손의 이론적 모델을 바탕으로 설계되었습니다.

앤트맨과 와스프를 감상하려면 IMAX 3D 버전을 선택하는 것이 좋습니다. 괴짜들이 추구하는 몰입형 영화 경험 외에도 가장 실용적인 장점이 있습니다. 다른 포맷보다 26% 프레임이 더 많아서 시청각적 경험이 더욱 즐거워집니다!