마지막 부분에서 하이젠베르크의 불확정성 원리에 대해 썼습니다.
전자의 이중 슬릿 실험을 통해 전자는 파동의 형태를 보이지만 관찰하면 갑자기 입자의 형태로 나타난다.
원칙적으로 전자가 이중 슬릿을 통과하기 전에 전자의 모습을 직접 관찰할 수 있는 방법은 없습니다.
이것이 불확실성의 원리입니다.
양자역학의 핵이론 2부_슈뢰딩거의 고양이 ~ 안에
불확정성의 원리 확립을 위한 이중슬릿 실험에서 나타난 양자중첩 현상에 대해 용납할 수 없음
논란이 계속되자 또 하나의 큰 사건이 떠올랐다. 유명한 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험에 대해 이야기해 봅시다.
다시 이중 슬릿 실험으로 돌아가 보자.
전자총은 두 개의 작은 구멍이 있는 슬릿을 통해 전자를 보내는 데 사용됩니다. 슬릿 사이에는 양자 입자가 각인되는 위치를 보여주는 광학 디스크가 있는 스크린이 있습니다.
전자가 발사되면 광 디스크 어딘가에 전자 점이 찍힙니다. 같은 방식으로 10개 또는 100개의 전자를 계속해서 쏘면 광디스크에 나타나는 전자의 패턴은 두 개의 선으로 구성되는 것이 아니라 여러 줄의 간섭 패턴으로 구성되어 양자 입자가 파동 특성을 갖는다는 것을 의미합니다.
또한 간섭 무늬 전자는 두 슬릿을 동시에 통과단어도 될 수 있습니다.
즉, 곡물은 동시에 두 개의 구멍을 통과하고, 누군가 그것을 보았을 때 갑자기 하나만 통과하도록 변경됩니다.
여기서 코펜하겐 해석팀은 하이젠베르크, 닐스보어와 마찬가지로 양자 입자가 중첩되어 존재하며 관찰되는 순간 하나로 결정된다는 참으로 기이한 해석을 제시한다.
(참고로 여기서 관찰이라는 용어가 중요하지만 관찰의 대상이 반드시 사람일 필요는 없습니다.
관찰 대상을 제외한 우주의 모든 것을 관찰자라고 부를 수 있습니다.
그래서 양자입자가 관찰의 대상이라면 그 공간에 있는 양자입자를 제외한 모든 것이 관찰의 대상이다.
양자입자의 형태가 변한다고 할 수 있다.)
어쨌든 관찰하기 전에는 두 상태가 동시에 존재합니까?
이 이해할 수 없는 해석은 물리학계에 큰 파장을 불러일으킨다.
특히 아인슈타인은 전자를 관찰하는 다양한 방법을 제시함으로써 코펜하겐 해석을 깨고자 했다.
오히려 코펜하겐 분석팀은 아인슈타인의 주장을 완전히 반박하고 오히려 점점 더 정확한 이론으로 발전시킵니다.
양자 입자를 파동의 형태로 관찰하면 입자가 된다.
그렇다면 한 번에 여러 양자 입자를 발사하면 어떨까요?
그래서 저는 한 번에 10개의 전자를 쏘고 한 번에 100개의 전자를 쏘습니다.
그러나 결과는 동일합니다.
그래서 미시적 세계에서는 이런 미지의 일들이 일어난다.
여기서 질문이 생깁니다.
우리가 살고 있는 매크로 세계에서는 왜 이런 일이 일어나지 않습니까?
그리고 미시적 세계는 어디에 있고 거시적 세계는 어디에 있는가?
미시세계가 1000입자까지라면 1001의 거시세계인가?
끝없는 질문을 추론하던 중 유명한 슈뢰딩거는 마침내 고양이 사고 실험을 내놓았습니다.
슈뢰딩거의 고양이 사고 실험에 대해 아주 간략하게 설명하겠습니다. (실제 실험이 아니라 사고 실험일 뿐입니다!)
고양이를 상자에 넣습니다.
상자 안에는 1시간 후에 정확히 50%의 확률로 부패하거나 부패하지 않는 요소가 있는 독 플라스크가 있습니다.
요소가 부패하면 상자의 망치가 병을 부수고 고양이가 죽습니다.
1시간 후에 상자를 다시 열면 고양이가 죽은 건가요? 아니면 살아있을까요?
물론 직관적으로 살아 있거나 죽었을 확률은 50%입니다.
그러나 양자 역학의 관점에서 생각해 보십시오.
미시적 세계의 원자는 중첩된 상태를 가지고 있고 관찰했을 때 오직 하나의 상태로 결정된다고 합니다.
그런 다음 모든 것이 원자로 구성된 고양이도 겹쳐져야 합니다.
산 자와 죽은 자가 공존하는데, 상자를 열면 죽은 건지 산 건지 결정되는 건가요?
우리가 아는 한, 죽으면서 동시에 산다는 것은 불가능합니다.
이런 이유로 양자 중첩으로 인해 두 상태가 공존한다는 양자역학은 잘못된 해석입니다.!
이것을 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험이라고 합니다.
그래서 이전의 양자역학 이론이 틀렸다고 주장하는 것은 사실상 사고실험이다.
아이러니하게도 이 내용은 여전히 양자역학의 대표적인 사고실험이다.
내가 아는 한 이것은 현대 물리학의 최신 해석입니다.
거시 세계는 관찰되지 않는 한 동일한 법칙을 따르는 것으로 알려져 있습니다.
그러나 관찰되지 않는 조건은 거의 불가능하기 때문에 실험을 할 수 없다.
그나저나 이 오버레이…
여러 상태가 동시에 존재하지만 어떤 이유로 하나로 결정됩니다.
이 내용에서 발산되는 것이 다세계 해석(multiverse)이다.
그 이후로 다른 많은 이론들이 등장했고 끈 이론이 화제가 되었습니다.
대부분은 실험이 불가능하기 때문에 환상 이론의 영역에 남아 있지만
우리가 살고 있는 세상이 어떻게 돌아가는지 생각하는 것은 꽤 재미있습니다.
다음 편에서는 최근 다소 묻혀있지만 화제가 되고 있는 양자컴퓨팅에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.