자동차 도로는 주변 상황과 도로 종류에 따라 자동차가 달릴 수 있는 속도를 제한한다. 운전자라면 본의 아니게 이런 제한 규정을 어겨 벌금고지서를 받은 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 벌금 고지서에는 위반 당시의 위치와 속도가 적혀있다. 속도는 거리와 시간만 있으면 측정된다. 이제부터 아주 불편한 이야기를 하나 꺼내야 한다. 왜냐하면 원자의 결합을 이야기 하면서 전자를 반드시 다뤄야 하는데, 이 전자의 특성이 우리가 사는 세계에서 이해를 할 수 없는 행위를 하기 때문이다. 아주 작은 것들은 가늠하기가 불편하다. 그래서 스케일을 키워 대입해 보면 이해가 쉬운 경우가 있다. 앞서 다룬 핵과 원자의 크기가 바로 그런 사례다. 그런데 이마저도 전자의 경우 스케일만 키워서 될 일이 아니다. 그리고 어차피 크기를 알 수 없는 전자의 크기를 키워봐야 적당한 비교 대상도 없다. 더 큰 난제는 전자가 원자 주변에 어떻게 존재하고 있는지에 대한 이해다. 그래서 고안한 것이 바로 자동차의 속도 위반이었다. 

 

원자 안에서 전자는 분명 가만히 있지 않는다. 그러니까 운동을 한다고 생각한다. 이미 이 생각부터 우리는 거시세계의 함정에 빠진 것이다. 원자 크기의 작은 세계는 인간이 상상하는 영역을 벗어난다. 작은 세계를 채우는 운동역학은 바로 양자역학이라는 지식의 배경이 있어야 한다. 그렇다고 슈뢰딩거 방정식을 꺼낼 생각은 없다. 물론 양자역학은 수학으로 설명이 되는 것이지만 이해하는 것과는 또 다른 관점이다. 아주 작은 전자를 이 자동차에 비유해 보자. 이제 상상의 한계를 뚫어 보자. 가만히 있지 않으니 분명 위치를 이동한다고 볼 수 있다. 우리의 눈이 단속카메라가 된다고 하고 이 전자라는 이름의 자동차를 관찰해 보자. 물론 실제 단속은 레이저나 도록 바닥의 압력센서로 측정하지만 사진 촬영으로도 ...