우주의 구조 : 제4장 얽혀 있는 공간, 메모

미르
2022-10-22 14:29
273

제4장 얽혀 있는 공간

양자적 우주에서 서로 분리되어 있다는 것은 무엇을 의미하는가?

상대성 이론도 잘 안받아들여 지는데 더 말이 안되는 양자역학의 탄생

 

- 양자적 세계
우주공간이 국소적이지 않고 개별적이지 않고 연결되어 있다.

-붉은색과 푸른색 
양자적 연결고리에 의하여 한쪽이 붉은색이면 떨어져 있는 다른쪽도 붉은색이 된다.

- 파동을 쏘다 
입자인 전자를 쏘았는데 입자가 아닌 파동을 쏜것처럼 되었다.

-확률과 물리법칙
뉴턴의 물리법칙은 항상 정확한 위치에 존재하지만, 전자의 위치는 정확하지 않고 확률적으로만 알 수 있다.

-아인슈타인과 양자역학 
아인슈타인은 양자역학이 맘에 안들어서 다른 방식으로 설명하려 했다. 

-하이젠베르크와 불확정성원리
북경오리와 광둥새우를 동시에 주문 가능하지만 총 가격은 정해져있다. 
불확정성은 자연계에 원래부터 존재하는 측정상의 한계이다. 

-아인슈타인과 불확정성, 그리고 진리를 향한 여정
아인슈타인은 EPR 논리로 정확하게 알 수 있는 애들을 왜 불확정하다 그래? 

-양자적 해답 
측정할수도 없으면서 왜 정확하게 알 수 있다고 그래?

-벨과 스핀
스핀으로 측정할 수 없어도 그곳에 존재 한다 라는 이야기를 다시 반복했지만 벨의 스핀 실험 등장

-실체를 검증하다.
멀더 스컬리 이야기 하나도 모르겠다. 여튼 결론은 스핀이 결정되어 있지 않다.

-각도를 이용하여 천사의 수를 헤아리다.
??

-연기 없이 타는 불
왜 연기 없이 타는 불 인가?

-양자적 얽힘과 특수상대성이론: 표준적 관점
양자 얽힘이 빛이나 어떤 정보로 전달되지 않으므로 특수상대성 이론 위배하지 않음

-양자적 얽힘과 특수상대성이론: 상반된 관점
관측되는 순간 빛보다 빠르게 전달된다. 그때 확률파동이 붕괴된다.

-어떤 결론을 내려야 하는가?
우주는 명확히 존재하는가? 흐릿하게 존재하는가? 국소적인가? 비국소적인가?

 

 

댓글 9
  • 2022-10-22 14:30

    178p 연기 없이 타는 불: 왜 연기 없이 타는 불인지?

  • 2022-10-22 23:38

    182p "두 물체가 양자적으로 상호 연관되어 있으면 그 영향은 공간을 초월하여 즉각적으로 전달된다"-이것은 수많은 물리학자들이 각고의 노력 끝에 얻은 결론이긴 하지만 쉽게 납득이 가지 않는다. 그러나 실험적 증거가 있는 한, 우리는 이 사실을 부정할 수 없다. 물리학자들은 이 현상을 가리켜 '양자적 얽힘'이라고 부른다. 두 개의 광자 A, B가 서로 얽혀 있을 때, 특정 축에 대하여 A의 스핀을 측정하면 멀리 떨어져 있는 광자 B도 바로 그 순간부터 A와 동일한 스핀을 갖게 된다. 이곳에서 행해진 측정 행위가 멀리 떨어져 있는 광자 B에게 즉각적으로 영향력을 행사하여, 파동확률로 존재하던 B의 특성이 단 하나의 명확한 값(A를 측정하여 얻은 값과 동일한 값)으로 탈바꿈한다는 것이다. 

     

    양자적 얽힘은 경험적 직관을 뛰어넘는 아름다운 실험이라는 생각이 든다. 양자얽힘 실험 결과는 삶의 신비와 얽혀 무한한 상상의 세계를 내게 제공해준다. 모르기에 열리는 가능성들이 좋다. 물론 확대해석 하지 말라는 브라이언 그린의 충고는 잊지 않을 생각이지만^^

     

    186p 광속은 모든 속도의 한계를 의미하는 것이 아니라, 관측자의 운동상태에 상관없이 모든 관측자들의 눈에 '동일한 속도로 보이는' 기준의 역할을 한다는 것이 그들의 주장이다. 사실 특수상대성이론의 핵심은 모든 물체가 빛보다 빠를 수 없다는 금지조항이 아니라 수없이 다양한 관측자들의 관점이 모두 동등하다는 것이다. 

     

  • 2022-10-23 18:39

    브라이언 그린의 <우주의 구조> 4장 (얽혀 있는 공간)

     

    본문 :

    192쪽 3번째 단락

    일부학자들은 이를 두고 "모든 것은 다른 모든 것들과 연결되어 있다"거나 "양자역학은 우리를 우주 전체와 얽힌 관계로 만들어 놓았다"고 표현한다. 빅뱅이 일어날 때 공간을 비롯한 모든 만물은 한곳에서 쏟아져 나왔으므로 지금 우리의 눈에 다른 지점으로 보이는 공간들도 빅뱅이 일어나기 전에는 동일한 지점이었을 것이다. 하나의 칼슘원자에서 방출된 두개의 광자처럼 우주에 산재하는 모든 만물은 태초에 한 지점에서 탄생하였다. 따라서 우주의 근원까지 추적해 들어간다면 모든 만물은 양자적으로 얽여 있다고 말할 수도 있을 것이다.

     

    -->본문에 대한 생각

    양자 얽힘은 빅뱅으로부터 시작되었다. 빅뱅초기로 거슬러 올라가 양자얽힘의 근원을 생각해 볼 수 있다. 만물의 연결됨을 과학의 양자역학, 불교의 인드라망, 도덕경의 하늘의 그물과도 연결해 생각해 볼 수 있다. 셋의 공통점은 공간적으로 분리 단절이 아닌 연결돼 있다는 것이다. 국소적이 아닌 비 국소적이라는거다.

    그림의 본문 :

    '양자요동'이라고 부르는 첫 순간에 흔히 빅뱅이라고 부르는 우주 대폭발 사건이 발생합니다. 그리고 채 1초가 되지 않는 아주 짧은 시간 안에 우주 공간이 급팽창을 하게 됩니다. 빅뱅 후 약 37만 5천년이 지난 우주 안에서 따로 자유롭게 존재하던 전자가 원자핵에 달라 붙어 원자를 형성합니다. 그 결과 생겨난 수소와 헬륨원자가 중력의 영향을 받아 서로 뭉치기 시작하여 결국 별이 형성되기 시작합니다. 우주 최초의 별이 생겨난 때는 빅뱅 이후 대략 4억년 후로 추산하고 있습니다. (사람도 별에서 만들어 졌고 같은 물질이다. 초신성의 후예들)이 우주는 시간이 지나면서 점점 팽창하게 됩니다. (인플레이션 우주론?) -과학과 신앙사이 74쪽에서 

     

    본문 :

    44쪽 첫 단원 인플레이션 우주론은 지난 20년간 그런대로 성공을 거두었지만 난처한 문제를 비밀처럼 숨겨 오고 있다. 기존의 빅뱅이론과 마찬가지로 인플레이션 우주론은 아인슈타인이 일반상대성이론에 도입했던 방정식에 기초하고 있는데 거대한 물체에 대해서는 아인슈타인의 방정식이 정확하게 들어맞지만 빅뱅 후 몇분의 일 초 정도 지난 작은 우주를 다룰 때는 양자역학이 필연적으로 도입되어야 한다. 그러나 상대성이론의 방정식과 양자역학을 한데 섞어 놓으면 거의 재난과도 같은 일대 모순이 발생하게 된다. (아인슈타인은 생의 마지막 30년을 통일장이론에 매달리면서 물리학의 주류로부터 다소 벗어나 있었다..45쪽 둘째단락 첫줄)

     

    본문에 대한 생각 ;

    빅뱅의 초기(양자요동, 급팽창)에서 많은 일이 일어난 듯 하다. 

    인플레이션 우주론이 등장하고 일반상대성이론(거시세계)+빅뱅이후 몇분의 1초(미시세계)는 양자역학 적용=(모순해결)통일장이론이 나오고  초끈이론 M이론 까지 등장해 11차원이 된다. 

     

    *192쪽 통해 양자 얽힘과 연결 지어서 생각나는 내용들을 정리해 보았어요. *

  • 2022-10-23 23:04

    많은 분들이 투덜대시는 브라이언 그린의 무한반복 + 수다 (잊을 만하면 반복되고 궁금해지려 하면 덧붙여주는 설명들) 덕분에 문송은 그나마 그럭저럭 양자역학의 기본 개념을 조금은 따라가 볼 수 있는 것 같아요.  내용 이해와 상관 없이 EPR 진영과 양자역학 진영의 싸움을 흥미진진하고 재미있게 읽었어요. 

    *인상 깊었던 구절

    그러므로 양자역학을 수용한다면 모든 물질의 기본적 구성요소이자 그동안 거의 점입자로 간주해 왔던 전자 하나가 우주 전체에 걸쳐 퍼져 있다는 것을 사실로 받아들여야 한다. 뿐만 아니라, 양자역학에 의하면 전자뿐만 아니라 모든 물체들이 파동-입자의 이중성을 공통적으로 갖고 있다. 양성자와 중성자도 파동성을 갖고 있으며, 19세기 초반에 실행된 실험에 의하면 파동으로 간주해 왔던 빛도 입자적인 성질을 갖고 있다. (p.150)

    양자역학에 의하면 전자의 위치를 관측하기 전에는 위리를 운운하는 것 자체가 무의미하다. 관측되지 않은 전자는 ‘분명한 위치’라는 속성을 갖고 있지 않다. 위치에 관하여 전자로부터 우리가 얻을 수 있는 정보는 확률파동이 전부이다. 전자가 명확한 위치를 갖는 것은 우리가 그것을 보았을 때(위치를 측정하여 알아냈을 때)뿐이다. 관측을 하기전(또는 후)에 전자의 위치는 간섭효과를 일으키는 확률파동으로 서술된다. 전자는 정확한 위치를 점유하고 있지 않기 때문에, 그것을 직접 들여다보지 않는 한 정확한 위치를 알 수 없는 것이다. (p.155)

    *질문

    스핀감지기는 한 번에 하나의 값만을 측정할 수 있지만, 어떤 축에 대한 스핀을 측정할 것인지는 관측자가 임의로 정할 수 있으므로 왼쪽으로 움직이는 전자의 모든 축에 대하여 명확한 스핀성분을 갖고 있어야 한다. 물론 이 모든 논리는 오른쪽-왼쪽으로 움직이는 전자의 역할을 뒤바꿔도 여전히 성립하므로 결국 임의의 전자는 모든 축에 대하여 명확한 스핀성분을 갖고 있어야 한다는 결혼을 내일 수 있다. (p.170)

    이 부분 뭔 말인지 모르겠어요. 

    사실 도입부의 막스 플랑크의 흑제복사도 아무 설명이 없어서 모르겠지만 인터넷 검색해 보니 읽어도 모를 말 투성이라 설명해 주셔도 모를 것 같아요. 그런데 위의 스핀에 대한 내용은 설명해 주시면 이해할 듯도 해요. ^^

     

    • 2022-10-24 18:29

      막스 플랑크의 흑체복사 문제는 항상 헷갈리고 모르겠습니다. 어쨌든 기억을 더듬어 보면,  흑체는 가상의 어떤 물질입니다. 완전히 빛을 흡수하기만 하는 물질. 그래서 반사 없게 하려니 검은색 물체입니다. 그래서 흑체(blackbody)입니다. 그런데, 흑체복사가 무엇이 문제였냐면 빛은 온도에 따라 색깔이 다릅니다. 낮은 온도에서 높은 온도일수록 빨간색에서 푸른색으로 바뀌죠. 왜 온도가 유일한 변수가 될 수 있을까? 물질도 모양도 어떤 변수가 될 수 없습니다. 플랑크는 이 문제에 대해 빛의 양자 개념을 제시합니다. 전자기파의 에너지가 양자화되었다는 것으로, 에너지는 일정한 크기의 덩어리 형태로 주고 받는다는 것입니다. 이 당시 빛은 파동이라고 생각했기 때문에 이런 양자화 개념은 놀라운 일이었습니다. 그는 이것을 플랑크 상수로 정의합니다. 5년뒤 아인슈타인이 광전자효과에 관한 논문을 발표하면서 빛의 입자설을 입증하게 됩니다. 

  • 2022-10-24 00:11

    정의상 국소적인 공간이 국소적이 아님이 드러납니다. 국소적이 아님이 드러나기 위해 공간은 국소적이었어야 했는지도 모르겠습니다. 주변에서 이런 일은 흔히 일어납니다. 확실하고 확정적인 자리가 아마 가장 불안한 자리임이 확실하다라는 게 말장난으로 그치지는 않는 것 같습니다. 확실함을 추구하는 거의 모든 자리에서 인간은 망연자실해지곤 합니다. 그런 의미에서...

    내용의 과학적인 중요성이나 의미를 떠나, 저는 브라이언 그린의 시선과 그 서술방법의 조심스러움이 마음에 듭니다. 예를 들어 188 쪽 하단에 나오는 아래와 같은 문장이 참 좋습니다.  "지난 70여 년 동안 확률파동이 붕괴되는 구체적인 과정을 알아낸 사람은 아무도 없었다. 다만, 양자역학이 예견하는 확률이 측정결과와 잘 일치하기 때문에 확률파동이 붕괴한다는 가정을 세운 것뿐이다."  아무도, 다만, 뿐으로 이어지는 단정적인 문장이 의미하는 바가 조심스러움과 잠정적인 내용을 담고 있습니다. 

    그래서 제 질문은 이 책과는 전혀 관계가 없을지도 모르겠습니다만, 너그럽게 봐준다면 과학과는 조금 관계가 있을지도 모르겠습니다. 

    P137. 아인슈타인은 양자역학이 이야기하는 즉각적으로 전달되는 영향을 '스푸키(유령) 라는 단어에 비유했다고 합니다.  이 단어를 입에 올린 아인슈타인은 파멸이나 죽음에 이르지 않습니다만 어떤 소설의 주인공은 이 단어로 인해 세속적인 의미로 파멸에 이릅니다. 이 spooky 라는 단어가 일으키는 인간 허위의 끝장을 보여주는 필립로스의 "휴먼 스테인"이란 소설을 읽어보신분?  

  • 2022-10-24 08:14

    깔끔한 챕터별 한 줄 정리 고마워요.

     

    이건 책을 읽으며 떠오르는 쓰잘데기 없는 생각들을 모아두려는(사적인 전용 ㅜㅜ) 목적도 포함된 것이니 좀 이상하고 말이 안된다 싶으면 걍 넘어가 주시길!

    제가 계속 요즘 아파서 너무 잠을 많이 자면서도 멍청해서 감기약 먹을 생각을 못했다가, 드디어 기특하게 약을 먹으면 된다는 사실을 깨닫고 약먹고 다시 책 읽는 중이라 오늘도 진도는 늦습니다. ㅜㅜ

     

    1. 이 미췬 양자적 현실이여! 그러나 너무 재밌다. 공상과학 소설보다 훨씬 더 재밌는 양자적 현실!

    (150쪽: “…그러나 한 전자의 확률파동 값이 저 멀리 안드로메다 성운에서….전자 하나가 우주 전체에 걸쳐 퍼져 있다는 것을 사실로 받아들여야 한다.”)

     

    => 이건 톡방에서 설명들은 인드라망(?)의 반대 방향 버전 같네요. 모든 게 한 점으로 반영되고 수렴되는 게 아니라, 하나의 존재가 온 우주에 확산되어 있다는 이야기니까. 

     

    영어로도 올려봅니다.

     

    Nevertheless, so long as the probability wave somewhere in the Andromeda galaxy has a nonzero value, no matter how small, there is a tiny but genuine—nonzero—chance that the electron could be found there. Thus, the success of quantum mechanics forces us to accept that the electron, a constituent of matter that we normally envision as occupying a tiny, pointlike region of space, also has a description involving a wave that, to the contrary, is spread through the entire universe.

     

    2. 양자역학의 해석의 문제

     

    151쪽: …그러나 확률파동의 실체에 대해서는 아직도 의견이 분분하다…한 가지 분명한 것은 확률파동이 양자역학에 도입되면서 확률이라는 개념이 물리학의 최전방에 나섰다는 것이다.

     

    Yet there is still no universally agreed-upon way to envision what quantum mechanical probability waves actually are. Whether we should say that an electron’s probability wave is the electron, or that it’s associated with the electron, or that it’s a mathematical device for describing the electron’s motion, or that it’s the embodiment of what we can know about the electron is still debated. What is clear, though, is that through these waves, quantum mechanics injects probability into the laws of physics in a manner that no one had anticipated.

     

    => 사실 아직도 완벽히 결론나지 않은 양자역학의 해석의 문제의 핵심은 근본적으로 바로 확률이라는 추상적이고 수학적인 개념을 구체적 현상을 다루는 물리학의 세계로 편입시킨 것에 있다고 볼 수 있지 않을까? 추상의 세계와 구체적 현실을 섞어버린 이러한 범주의 뒤섞음, 쟝르의 뒤섞음이야말로 언어와 해석의 혼란을 가중시키는 근본적인 요인인 걸까? 아인슈타인이 막스 보른의 이러한 확률적 해석을 왜 그렇게 질색해 했는지 조금은 알 것도 같다. 아무튼 그래서 한켠에서는 과학이 발견한 reality를 우리의 언어가 다 담아내지 못한다는 점을 지적하며 언어를 버려야 한다는 말까지 나도는 듯하다. 어찌되었건 간에 양자역학적 현실이 무수한 실험을 통해 틀리지 않았음이 입증되어 간다면 우리에게는 이런 낯선 reality를 담아낼 새로운 언어의 그릇, 생각의 그릇이 필요한 걸까?

     

    입자와 파동의 이중성도 마찬가지다. 이 두 가지가 공존할 수 없다고 구분짓는 우리의 생각의 한계를….이러한 이중성이 모순적이지 않게 여겨질 수 있도록 수정해야할까? 

     

    3. 파동의 본질적 속성으로 인해, 즉 퍼지는 성질 때문에 위치 측정의 근본적 한계가 양자적 현실에 존재한다면, 그렇다면 위치의 짝이 되는 물리량인 운동량은 어떤 특성으로 인한 한계일까? 입자? 그건 이상한데? 입자와 운동량은 파동과 위치처럼 불화하지 않고 서로 잘 어울리는 것 같은데?

     

    하여간 갑자기 이런 생각이 든다. ‘위치’와 ‘운동량’이라는 물리량도 혹시 온도처럼 거시적인 물리량인 것은 아닐까. 다입자계의 평균적인 속성이 그저 우리의 감각에 인식되어 나타나는 겉보기 현상인 건 아닐까?

     

    4. 불확정성 원리의 의미에 대하여….

     

    An important question, and one that may have occurred to you, is whether the uncertainty principle is a statement about what we can know about reality or whether it is a statement about reality itself.

     

    => 그러게요. 아직도 답을 모르시나요? 저도 궁금하네요.

     

     

    182쪽 미주 14번은 오역이 많아 원문 올립니다. 일단 주석에 나오는 실체, 실존주의적 관념은 모두 realism입니다.
    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    While the locality assumption is critical to the argument of Einstein, Podolsky, and Rosen, researchers have tried to find fault with other elements of their reasoning in an attempt to avoid the conclusion that the universe admits nonlocal features. For example, it is sometimes claimed that all the data require is that we give up so-called realism—the idea that objects possess the properties they are measured to have independent of the measurement process. In this context, though, such a claim misses the point. If the EPR reasoning had been confirmed by experiment, there would be nothing mysterious about the long-range correlations of quantum mechanics; they’d be no more surprising than classical long-range correlations, such as the way finding your left-handed glove over here ensures that its partner over there is a right-handed glove. But such reasoning is refuted by the Bell/Aspect results. Now, if in response to this refutation of EPR we give up realism— as we do in standard quantum mechanics—that does nothing to lessen the stunning weirdness of long-range correlations between widely separated random processes; when we relinquish realism, the gloves, as in endnote 4, become “quantum gloves.” Giving up realism does not, by any means, make the observed nonlocal correlations any less bizarre. It is true that if, in light of the results of EPR, Bell, and Aspect, we try to maintain realism—for example, as in Bohm’s theory discussed later in the chapter—the kind of nonlocality we require to be consistent with the data seems to be more severe, involving nonlocal interactions, not just nonlocal correlations. Many physicists have resisted this option and have thus relinquished realism. 15. See, for example, Murray Gell-Mann, The Quark and the Jaguar (New York: Freeman, 1994), and Huw Price, Time’s Arrow and Archimedes’ Point (Oxford: Oxford University Press, 1996). 16. Special relativity forbids anything that has ever traveled slower than light speed from crossing the speed-of-light barrier. But if something has always been traveling faster than the speed of light, it is not strictly ruled out by special relativity. Hypothetical particles of this sort are called tachyons. Most physicists believe tachyons don’t exist, but others enjoy tinkering with the possibility that they do. So far, though, largely because of the strange features that such a faster-than-light particle would have according to the equations of special relativity, no one has found any particular use for them—even hypothetically speaking. In modern studies, a theory that gives rise to tachyons is generally viewed as suffering from an instability.

    ~~~~~~~~~~~~~~~

    191쪽.
    그러나 보옴은…아인슈타인에게는 어느 정도 위안이 되었을 것이다.
    ———————-

    => 이 부분은 문맥이 반대로 번역되어 있어 원문을 첨부합니다.
    **********
    191쪽
    그러나 보옴은…

    Bohm’s approach made predictions that agreed fully with those of conventional quantum mechanics, but his formulation introduced an even more brazen element of nonlocality in which the forces acting on a particle at one location depend instantaneously on conditions at distant locations.

    이어서 붙여봅니다.
    ~~~~~~~~~~~~

    번역에 오류가 있는 부분은 맨 마지막 문장입니다.

    In a sense, then, Bohm’s version suggested how one might go partway toward Einstein’s goal of restoring some of the intuitively sensible features of classical physics—particles having definite properties—that had been abandoned by the quantum revolution, but it also showed that doing so came at the price of accepting yet more blatant nonlocality. With this hefty cost, Einstein would have found little solace in this approach.

  • 2022-10-24 10:35

    148p. 개개의 전자들이 파동적 성질을 가지고 있다면 그 파동의 정체는 무엇일까?

    슈뢰딩거가 제안한 가설 "전자는 공간의 일정 공간 안에 '퍼진 채로' 존재하며 그 존재 자체가 파동이다" - 이런 관점에서 전자라는 입자는 전자구름 속에 가늘게 솟아있는 파동에 가깝다. 그러나 아무리 날카롭게 솟아있는 파동이라도 시간이 지나면 사방으로 퍼지면서 사라지기 때문에 슈뢰딩거의 가설은 현실성이 없다. 날카롭게 솟은 전자 파동이 퍼지면, 전하의 일부가 '여기'에서 발견되거나 질량의 일부가 '저기'에 존재하는 모순적인 상황이 발생한다. 

    막스 보른은 새로운 해석을 내린다. 파동의 정체는 공간에 퍼져있는 전자가 아니라 '확률파동'이라는 것. '공간상의 한 지점에서 주어진 파동의 크기는 그 지점에서 전자를 발견할 확률에 비례한다' - 확률파동이 큰 곳은 전자가 발견될 확률이 큰 지점이고 확률파동이 작은 곳은 전자가 발견될 확률이 낮은 지점이다. 

    => 슈뢰딩거의 가설과 막스 보른의 해석의 차이를 잘 모르겠어요. 그 말이 그 말인 듯....;;;

     

     

  • 2022-10-24 11:21

    질문1.

    (137p)

    "양자역학의 마술이라 할 만한 이 현상을 처음으로 인식했던 사람은 아인슈타인이었다."

     

    여기서 이 현상은 "아무런 신호 전달과정 없이 멀리 떨어져 있는 다른 장소에서 이루어지는 행위에 영향을 줄 수 있다"는 것, 즉 비국소성임을 알 수 있습니다. 그렇다면 아인슈타인은 이것을 어떻게 가장 처음 인식했다는 걸까요? 그토록 비국소성을 부인했는데... 이 책에서 그 근거를 찾아봤습니다. 

     

    (156p)

    "더욱 놀라운 것은 이 논리의 핵심이 일반상대성이론이었다는 점이다!"

     

    이에 대해 저자는 1930년 2차 솔베이 전쟁(??)에서 아인슈타인이 자, 시계 등으로 사고실험을 했던 것을 언급합니다. 다만 일반 독자들에게는 굳이 내용이 필요없기에 생략한다고 합니다. 그래서 찾아봤습니다. 이 실험인 즉, 상자 안에 시계를 넣어놓고, 광자(빛) 하나 정도가 나갈 만큼 시간차를 두고 상자 문을 여닫습니다. 그러면서 아인슈타인은 외쳤습니다. "봐라. 상자의 변화된 무게를 잴 수 있으니 광자의 질량을 정확히 잴 수 있고, 변화된 시간을 알 수 있으니 불확정성의 원리는 끝났다! "

    그러나 오히려 이 사고 실험은 보어에게 빌미를 제공합니다. 여기서 보어는 일반상대성이론으로 아인슈타인에게 반격합니다. "엇, 상자의 질량이 줄어들었다구? 그럼 상자의 질량이 줄어서 중력장에 의해 휘어짐이 덜해지니까 시간은 더 빠르게 흘러갈 텐데..." 그는 질량에 따른 시간의 불확정성으로 오히려 하이젠베르크의 불확정성의 원리를 증명하게 된 셈입니다.  

    그럼 여기서 처음 질문으로 돌아가봅니다. 아인슈타인은 시간과 공간의 상대성을 제일 먼저 이론화시킨 사람이라고 볼 수 있지만,  그는 공간의 비국소성, 양자적 공간개념을  왜 끝까지 받아들이지 않았을까요? 이 책에서 저자는 우리 같은 일반인은 상대성이론이 나온지 100년이 넘도록 직관과 현상을 위배하는 물리학적인 실재에 다가가는 것이 어렵다고 말하고 있습니다.  아인슈타인은 이론물리학자(거의 직접 실험 같은 거 안 함)로서 일반인과 같은 이유가 아닐텐데.. 무엇이 그토록 자신이 발견한 놀라운 현상임에도 불구하고 그의 눈을 가렸을까요? 

     

    질문2.

    (179p) 

    "이런 이유로 양자역학은 물리적 실체를 다루지 못하는 불완전한 물리학이라는 것이 EPR이 내세운 반박의 요지였다. 그 후로 오랜 세월 동안 EPR의 반박은 물리학 문제라기보다 형이상학적 철학문제로 부각되면서 수많은 논쟁을 불러일으켰다. 파울리가 지적한 대로, 양자적 불확정성에 가려서 어떤 양을 측정할 수 없다면 그것이 숨겨진 실체로 존재하는 것과 아예 존재하지 않는 것 사이에 무슨 차이가 있겠는가?"

     

    양자역학은 구조적으로 불확정성의 문제를 가지고 있다는 EPR의 주장이 왜 물리학이 아니라 형이상학적 철학문제였을까요? 왜 물리학의 문제가 이닌지는 위에서 설명한 이유 때문인 것 같습니다. 이론적으로 뿐 아니라 이후 실험을 통해 물리학적인 설명은 충분히 되었다고 볼 수 있습니다. 어떤 면에서 EPR의 주장이 철학문제였을까요? 아인슈타인은 1905년 광자효과 논문을 통해 입자설을 증명하며, 양자역학의 태동에 함께한 인물입니다. 그러나 그는 양자역학을 반대했습니다. 이것은 왜 철학적인 문제가 되었을까요? 

     

    여기서는 파울리의 질문에 한정을 두고 얘기를 해보면 좋겠습니다. 불확정성의 이유가 숨겨진 실체(아마도 실재 reality)로 존재하기 때문인지 아니면 존재하지 않는 것인지?? 라는 파울리의 말을 인용하고 있습니다. 또한 155p에서 달을 바라보지 않는다고 달이 없다는 말이냐?는  아인슈타인의 말이 소개되는데요. 여기서는  "관측할 때 우리가 보는 것은 '원래부터 그곳에 있었던' 전자의 실체(실재)가 아니다. 측정행위 자체가 전자를 교란시켜서 확률파동이 붕괴되고, 그때 비로소 전자의 위치는 하나의 명확한 값으로 나타난다"고 저자가 설명하고 있습니다. 아인슈타인의 문제의식은 솔베이 1차부터 3차까지 모두 같은 것이었던 것 같습니다. 그는 무언가 숨겨진 실재가 있다고 생각했기 때문에 양자역학의 불확정성이 구조적인 이유 때문이 아니라 그 자체의 내재적 성질이라는 것을 받아들이지 못했던 것 같습니다. 과연 아인슈타인에게 숨겨진 실재는 무엇이었을까요?  

     

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