코펜하겐 해석1(확률해석)

[유토피아]

코펜하겐 해석 

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1. 입자의 상태는 파동함수에 의해 결정되며,

    파동 함수 제곱은 측정값의 확률 밀도를 나타낸다.

확률해석을 쉽게 말하자면 다음과 같습니다. 

전자가 스크린에 부딪칠 때,

어디에 부딪칠 지 확률적으로 기술할 순 있지만 예측 한다는 건 불가능하다.

아인슈타인은 다음과 같이 반격합니다.

"물리학은 결정론적이어야 한다. 비결정론이 들어오면 안 된다.

초기 조건(위치, 운동량)만 주어지면 F=ma에 의해 우주는 자동으로 굴러간다.

우주 운동은 모두 결정되어 있어야 한다."

고전역학을 먼저 알아봅시다. 아리스토텔레스는 이렇게 주장합니다.

"물체(입자)는 원래(자연스러운 것) 정지해 있고, 물체를 움직이려면 힘을 가해야한다."

갈릴레오 갈릴레이는 이렇게 주장합니다.

"물체(입자)는 원래(자연스러운 것) 움직이는데 어떤 힘이 가해져서 정지해 있는 것이다."

둘은 정반대의 주장을 펼치죠?

갈릴레오의 이론을 받은 뉴턴은 큰 도약을 합니다.

"아무것도 없는 공간에 물체를 놓았을 때, 이 물체는 어느 한 쪽 방향으로 등속운동한다.

물체는 움직이는 것이 자연스럽고, 힘을 가했을 때 정지하거나 방향을 바꿀 수 있다.

따라서 물체의 운동은 F=ma를 이용해서 기술할 수 있다."

여기서 F는 운동하는 물체의 방향을 바꾸거나 정지시킬 때 가하는 힘을 말합니다. 

현대과학은 말합니다.

"현재까지 발견 된 힘은 네 가지 뿐이다. 전자기력, 중력, 강력, 약력" 

※ F = 힘, m = 질량, a = 가속도(속도의 시간 변화)

뉴턴의 방정식(F=ma)으로 운동을 기술하려면 위치와 운동량 값이 꼭 필요한데요. 

이 두 가지 값이 반드시 있어야 F=ma라는 식을 사용하여 물체의 운동을 예측할 수 있어요.

그 후 모든 시간에 대해 F=ma에 따라 미래가 결정되어 있습니다.

물체의 미래를 예측할 수 있다는 얘기죠.

예를 들어보겠습니다.

지구는 한 쪽 방향으로 등속운동을 합니다.

그때 방향을 바꾸기 위한 힘(F)이 등장합니다. 그 힘은 태양 중력입니다.

태양 중력이 지구 등속운동을 곡선운동(공전)으로 바꿉니다.

지구의 공전 운동은 F=ma에 의해 미래 예측 가능합니다.

인간도 자동차도 비행기도 구름도 물도 아무것도 없는 우주에 그냥 두었을 때, 

한 쪽 방향으로 등속운동 합니다.

우리가 지구에 붙잡혀 있는 이유는 중력이라는 힘이 우리를 정지시키기 때문입니다.

중력(힘)으로 등속운동을 다른 운동으로 바꾸는 것이죠.

여기서 움직이려면 다시 전자기력을 사용합니다.

우리가 제어할 수 있는 힘은 전자기력 뿐입니다.

강력, 약력은 원자 세상에서만 일어나는 힘이고요. 

그외 대부분의 힘은 전자기력입니다.

걷는 힘, 뛰는 힘, 욕하는 힘, 생각하는 힘, 바람이 부는 힘, 물이 흐르는 힘, 햇살이 쬐는 힘,

자동차가 굴러가는 힘, 똥싸는 힘, 거의 대부분의 힘은 전자기력입니다.

여기까지가 결정론입니다. 결정론은 원인, 결과가 분명합니다.

양자역학은 뉴턴 결정론의 반대 주장을 펼칩니다.

전자처럼 작은 세계에서는 결정론을 버리고 비결정론으로 가야한다.

전자의 위치값은 알수 없다고 말씀드렸죠?

전자는 입자였다 파동이었다가 왔다갔다 하기 때문에 위치값을 알 수 없습니다.

"전자의 움직임은 예측 불가능하기에 움직임을 확률적으로 기술할 수밖에 없고,

뉴턴의 결정론을 버리고 비결정론으로 갈 수밖에 없다."

주사위를 60번 던졌을 때, 

1이 10번, 2가 10번, 3이 10번, 4가 10번

5가 10번, 6이 10번 정도 고루고루 나올 확률처럼

눈 감고 다트에 화살을 무작위로 던졌을 때,

각 영역별로 고루고루 꽂힐 확률처럼요.

확률해석은 막스 보른이 주장했습니다.

덕분에(?) 아인슈타인 눈 밖에 났어요. 노벨상도 늦은 나이(72세)에 받게 됩니다.

물리학 교황이 추천서를 써주지 않았으니까요.

양자역학의 결론입니다.

"전자는 스크린에 가서 붙을 때처럼 운동 예측이 불가능하다.

중앙, 오른쪽, 왼쪽 고루고루 붙을 확률만 알 수 있을 뿐이다."

확률해석을 듣고 아인슈타인은 말합니다.

"신은 주사위 놀음을 하지 않는다."

보어는 대답합니다.

"아인슈타인, 신에게 명령하지 마시게나."