11.3. 양자역학 본론

[김민준]

⭐️ 코펜하겐 해석 ⭐️

- 빛이 입자인지 파동인지를 알아보려 실험을 했어. 이중슬릿을 통과한 빛으로 인해 간섭무늬가 형성되면서 빛은 파동이다는 결론이 나왔지. 근데 이중슬릿을 통과할 딱 그때를 측정해보니까, 신기하게도 측정장치가 없을 땐 파동이던 것이, 측정장치를 켜서 딱 보는 순간! 입자가 되는거야. 오잉? 내가 안보고 있으면 파동인데, 내가 보는 순간 입자가 되. 그니까 관측을 안하면 파동성이 증명되고 관측을 하면 입자성이 증명되는 거지. 아니 이런 놀라운 일이?! '관찰 하고 안하고'에 따라서 형태, 존재방식이 바뀐다고?

- 빛의 입자가 이중슬릿의 왼쪽을 통과할 가능성은 1/2 이고, 오른쪽을 통과할 가능성도 마찬가지로 1/2이야. 왼쪽을 통과하'거나' 오른쪽을 통과하'거나'가 아니라! 왼쪽을 통과할 가능성과 오른쪽을 통과할 가능성이 둘 다 동시에 존재하는거야. 

- 통안에 빨간공이 들었냐, 파란공이 들었냐를 묻는다면 '빨간공이거나 파란공이다(or)'가 아니라 '빨간공이면서 파란공이다(and)'가 되는거야. 파란공일 확률과 빨간공일 확률이 중첩되어 존재하는 거지. - 이게 코펜하겐 해석!

- 여기에 대해서 아인슈타인의 반응은?

"예라이 이거나 먹어라~! 자연은 확률로 존재하는 게 아니야! 신은 주사위 놀이를 하지 않아!"

- 긍까 이게 처음 보면 이해가 잘 안되는게.. 어떤 일이 일어나기 전에, 머릿속에서만 2개의 가능성이 존재하는 게 아니고, 실제로 2개의 가능성이 존⭐️재⭐️한⭐️다는 거지. 'A이거나 B이거나' 가 아니고 'A이면서 B인 것'이야. 여기서 '측정'을 하는 순간, 하나만 선택되는 거지.

2. 슈뢰딩거

- "확률은 뭔놈의 확률! 모든 건 🌊파동🌊이야"

- 파동방정식 만들어냄. 프사이(확률함수)

(프사이를 이렇게 쓴답니다)

- 다양한 파동이 존재한다

3. 하이젠베르크

- "모든 건 🍅입자🍅다"

- 불확정성의 원리를 말함. 어디에 존재할지(델타x), 운동량이 얼마인지(델타p) 불확정적이다. 이 불확정성은 결코 0은 아니다! 근본적으로 불확정성을 가지고 있다.

- 위치를 정확하게 측정할수록 운동량이 크게 불확실해지고, 운동량을 정확하게 측정할수록 위치가 크게 불확실해진다

- 측정을 통해 대상을 교란시킨다. 파장이 긴 빛을 보내면 대상을 안건드리니까 속도는 비교적 정확하지만, 어디에 있는지는 상대적으로 불확실하다. 짧은 빛을 보내면 위치는 특정 가능 하지만 빛이 전자를 쳐버려서 속도, 방향이 바뀔 수 있다.

- 이런 불확정성 때문에, 정확하게 측정할 수 있다고 가정했던 고전 물리학(뉴턴)이 붕괴됨(미시 세계에서)

- 고전 물리학에서는 절대온도(-273°C)에 모든 것이 멈춘다고 보지만 불확정성 원리에 근거하면 완전히 정지한다고 볼 수는 없다(델타 x). 그렇다고 움직인다고 볼 수도... 확률이니까.

- 이제는 정확한 값이 아니라 #️⃣확률#️⃣로 말한다. 확률로 측정할 수 있을 뿐! 확률과 우연. 추상적 수학으로 말할 수밖에.

4. ♾️얽힘♾️

- 서로 관계가 있느냐?

- 둘이 아무리 멀리 떨어져 있어도 둘이 하나처럼. 한쪽에서의 측정 결과가 다른 한쪽에 영향을 미친다.

- 아인슈타인이 끝까지 양자역학을 인정하지 않고 반박했고 여기에 보어가 다시 반박하는 과정에서 '얽힘' 개념이 세상에 나올 수 있었다

(훗)

5. 양자컴퓨터

- 고전컴퓨터는 0과 1이 번갈아 나옴

- 양자컴퓨터는 0이면서 동시에 1. 관측만 안하면 둘이 동시에 존재할 거 아니야? 이 원리로 계산을 하기 때문에 연산속도가 비교할 수 없을 정도로 빨라짐

================정리===============

고전물리학 

"이미 정해져 있음"

양자역학

"측정하면, 알 수 있음.

그전엔 확률만 알 수 있을 뿐!"

-> 좀더 겸손해진 느낌?

[대원대원]

와 너무 깔끔하게 잘 정리했네요🙂 정말 감동이다! 잘 볼게요 고마워요!

[은지(아직은 청매실)]

사진을 활용하는 게 재밌습니다.. 프사이를 저렇게 크게 다시 한번 볼 수 있고~ 난 얽혀있다는 걸로 보았을 때는 양자역학에 더 수긍이 되었던 것 같고.. 그렇지만, 확률적으로만 보고 우리의 일상이 많은 것들이 채워지는 것에 대해서 우려도 되는 것 같아. 꼼꼼한 정리 늘 고마워

[김덕]

정리 잘 해줘서 고마워요! 저도 양자역학에 의해 중첩 상태로 존재하는 것에 대해 신기함을 느꼈답니다!

[반딧불이]

중첩과 얽힘, 신비로운 현상이지만 요즘 양자컴퓨터에서 핵심적 역할을 하고 있다고 하는데 컴퓨터 혁명과는 별개로 신비로움의 베일이 벗겨질 지 궁금하네요~~