보어와 아인슈타인의 논쟁

작년
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오늘은 아람브라 궁전의 추억이란 증강 현실을 적용한 게임 소재 드라마의 마지막 편을 보면서 어딘가 모를 허무감과 띵함을 동시에 느끼게 되었는데 문득 보어와 아인슈타인 박사의 달에 관한 비유가 생각나 다시 찾아 봤습니다.

위키백과에는 아인슈타인이 당시 점차 표준으로 받아들여지고 있던 양자역학의 코펜하겐 해석에 대해 여러 차례에 걸쳐 이의를 제기하고 이에 대해 닐스 보어가 반박한 사건이라고 되어 있군요.

당시 실험과 증명으로 보어의 승리 처럼 보였지만 양자론의 철학적 문제점들은 아직도 회자되고 있습니다.

코펜하겐 해석이라고 알려진 이 논쟁은 쉬운 예를 들자면 전자의 상태를 서술하는 파동함수는 측정되기 전에는 여러가지 상태인 확율적으로 겹쳐있는 것으로 표현되지만 관측자가 전자에 대한 측정을 시행하면 그와 동시에 파동 함수의 붕괴가 일어나 전자의 파동 함수는 겹침이 아닌 하나의 상태로만 결정된다는 것입니다.

슈뢰딩거의 고양이는 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험인데 고양이가 상자 속에 갇혀 있고 이 상자에는 방사성 핵이 들어 있는 기계와 독가스가 들어 있는 통이 연결되어 있으며 실험을 시작할 때 한 시간 안에 핵이 붕괴할 확률을 50%가 되도록 했다고 한다면, 만약 핵이 붕괴하면 통이 붕괴한 핵에서 방출된 입자를 검출해서 독가스를 내 놓아 고양이를 죽인다는 것이죠

슈뢰딩거는 이 상황에서 파동함수의 표현이 고양이가 살아있는 상태와 죽은 상태의 결합으로 나타나는 것을 비판하며 "죽었으며 동시에 살아 있는 고양이"가 진짜로 존재하지 않음에서 양자역학이 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했다는 것입니다.

고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것입니다.

코펜하겐 해석은 입자의 스핀을 관측하는 순간 그 관측자는 다른 입자의 스핀을 알게 되지만 다른 입자의 관측자가 이 사실을 알게 된다는 것을 의미하지는 않으며 중첩된 파동 함수는 여전히 빛보다 빠를 수 없다는 것입니다.

빛은 입자이기도 하고 파동이기도 한지만 동시에 입자이면서 파동일 수는 없다는 것 입니다.

  • 아인슈타인: "저 달이 우리가 쳐다보면 저기에 있고 우리가 보지 않으면 사라지기라도 한다는 말이오?"

  • 보어 : "박사님과 저 그리고 이 세상 모든 사람이 달을 쳐다보지 않으면 달이 저기 존재한다고 누가 말할 수 있겠습니까?"
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