5억년 버튼
5억년 버튼이 있다.
5억년 버튼을 누르면 아무것도 없는 빈 공간으로 이동해서 5억년을 버텨야 하고, 5억년이 끝나면 다시 현실로 돌아온다.
현실로 돌아올 시 5억년에 대한 기억은 사라지고 버튼을 누름과 동시에 천만원을 지급받는다고 인식한다.
당신은 5억년 버튼을 누를 것 인가?
여기서 양자역학적인 시점으로 흥미로운 가설이 나오는데, 내가 버튼을 눌렀다의 기준이 모호하다는 것 이다.
내 손가락 끝에 있는 전자가 스위치의 버튼에 있는 전자와 반발력으로 서로 밀어낸 것 인데 그럼 날아가는건 누구냐는거다.
나를 어디까지 정의해야 하는가?
내 몸, 내 옷, 어디까지를 나로 정의해야 되는걸까? 결국은 다 입자단위로 구조화되어 결합되어있는 것 뿐인데?
그럼 나를 정의하는게 내 옷까지인가? 신발까지인가? 신발이 닿아있는 지구까지인가?
모든 입자들이 관점상으로는 전부 전자의 반발력으로 밀어내거나, 결합한 상태인데 어디까지 날아가야하는지?에 대한 얘기이다. 자칫 정의가 잘못되면 지구 전체가 이동될 수 있기 때문이다.
본론으로 들어가서 우선 입자와 파동의 개념을 알아야 한다.
쉽게 설명하자면,
한번에 한명한테 던질 수 있다 = 입자
한번에 여러명한테 던질 수 있다 = 파동
위 사진처럼 이중슬릿이라는 두개의 길쭉한 구멍이 있다.
이 구멍에 입자인 공과 파동인 목소리를 던진다고 가정해보자.
입자인 공은 왼쪽처럼 길쭉한 모양을 따라 벽에 붙을 것 이고,
파동인 목소리는 구멍을 통과해도 구멍 뒤에서 다시 파동을 만들어 서로 보강되거나 상쇄되며 간선무늬를 만든다.
그래서 입자는 두 줄이 생기고 파동은 여러줄이 생긴다.
그렇다면 빛은 입자일까 파동일까?
뉴턴은 빛을 입자라고 믿었다.
그리고 그당시 뉴턴의 말은 국룰로 통했기에 많은 사람들도 입자로 믿고 있었다.
그러나 19세기 초, 토마스 영 이라는 사람이 빛은 입자가 아닌 것 같다고 생각해 이중슬릿에 던져보니 간선무늬가 나왔다.
실험을 통해 빛이 파동임을 안 토마스 영은 또 뭘 던져볼까 고민하다가 전자를 던져보기로 했다.
전자는 질량이 있으니 입자인 줄 알았는데 던져보니 간선무늬가 생겼다.
입자와 파동은 전혀 다른건데 전자는 왜 간선무늬가 생길까? 질량도 있는데
과학자들은 이 현상이 이해가 안되서 실험장치를 열어봤다.
확인을 위해 빛을 켜보니 두줄(입자)이 나왔다.
그래서 불을 껐더니? 간선무늬(파동)가 나온다.
두 실험의 차이점이 뭘까? 봤다라는 관측의 개념이다.
관측할때만 입자가 되고 관측을 안하면 파동이 된다.
입자는 눈에 보이고 파동은 눈에 보이지 않는다.
이게 양자역학의 시초가 됐는데, 아인슈타인의 고체비열에서 파생되었다고 한다.
결국 양자역학이라는 개념도 아인슈타인 때문에 세상에 드러났는데, 아이러니하게 아인슈타인은 양자역학 반대파의 수장이었다. 일부 승복은 했으나, 개념 자체가 본인이 이해가 완벽하게 되지 않았기에 결함이 있다고 생각했기 때문이다.
아인슈타인 : 봤기 때문에 존재한다라는 개념은 말이 안된다. 그럼 달은 누군가가 보고 있기 때문에 존재하나? 최초의 누군가가 만약 달을 보지 않았다면 아직까지 달은 존재하지 않는거냐?
여기서 핵심은 본다라는 개념이다.
본다 = 빛이 대상을 치고 그 대상의 정보를 받아서 눈으로 받아오는 것이다.
아까 상자를 열었을 때 빛이 들어갔다고 했는데,
전자는 양자의 세계라 너무 가볍기 때문에 광자에게 맞는 순간 입자로 붕괴된다.
전자는 파동이면서 입자이다. 이것은 중첩의 개념이다.
근데 이걸 관측하는 순간 입자로 붕괴된다.
그럼 입자는 우리가 이해할 수 있는 형태가 된다.
상호작용하는 순간 입자로 붕괴된다라는 코펜하겐 해석이 탄생한다.
솔베이 학회라고 솔베이라는 재벌이 만든 물리학 및 화학 학회이다.
1927년 이 학회에서 양자역학 찬성파와 반대파가 나뉘게 된다.
여기서 찬성파 수장인 닐스 보어가 엄청난 근성과 입담으로 반대파를 하나하나 각개격파한다.
그렇게 대다수의 학자들이 코펜하겐 해석을 따르게 되는데, 아인슈타인의 오른팔이자 양자역학 반대파의 슈뢰딩거는 해당 이론에 불만이 많아 보어를 설득하러 보어의 집에 찾아갔다.
그러나 그때 당시 스트레스를 너무 많이 받은 탓에 고열에 시달리게 되는데, 보어가 옆에 앉아서 슈뢰딩거가 깰 때 마다 설명을 했고 결국 슈뢰딩거도 gg를 선언하게 된다.
슈뢰딩거의 고양이
슈뢰딩거는 고양이로 유명하고 가장 널리 알려진 양자역학 설명 방식이다.
이 개념은 되게 복잡하지만 쉽게 설명하면 상자안에 위에서 설명한 이중슬릿 장치가 있고 망치와 연결되어 있다.
망치 아래에는 냄새를 맡기만 해도 사망하는 독극물 병이 있고 옆에 고양이가 있다. (사진참고)
전자가 파동일때는 망치가 작동하지 않는다.
전자가 입자일 때 망치가 작동한다.
양자역학에서 관측하기 전까지는 전자는 입자이자 파동이다.
그럼 저 상자안의 망치는? 움직이거나 움직이지 않는다.
그럼 독극물 병은? 깨지거나 깨지지 않는다.
결국 고양이는? 죽거나 살아있어야 한다.
슈뢰딩거 : 전자는 양자 세계의 엄청 작은 존재니까 내가 양보해서 입자이면서 파동인거까지 이해할게
근데 그 개념이면 고양이도 죽어있거나 살아있는 상태가 중첩되어야 하는데 이게 말이되냐?
슈뢰딩거 고양이 실험은 전자가 파동이거나 입자인게 말이 안된다라는 것을 증명하기 위해 중첩이라는 개념을 고양이에게 대입시킨 것이다.
즉 미시세계의 양자역학적 결과를 현실세계로 끌어당긴 실험이다.
슈뢰딩거 : 미시세계의 개념을 현실로 가져왔더니 말이 안된다. 그러므로 미시세계의 개념도 거짓이다.
전자는 ok 그렇다 쳐, 근데 고양이는 안돼. 고양이는 전자로 연결되어 있으니 궁극적으로 전자도 말이 안되네?
그때 닐스보어가 말한다.
너 양자역학에 대해서 이해했구나? 고양이도 파동이야
????????
그럼 우리는 왜 길거리에서 파동 고양이를 보지 못할까?
고양이의 몸을 이루는 입자들이 서로를 계속 관측하기 때문에, 고양이도 원래 파동이지만 입자로 끊임없이 붕괴하기 때문이다.
파동고양이도 이론적으로 존재한다.
고양이를 이루는 모든 입자가 독립적으로 상호작용하지 않는 상태로 만들어 이중슬릿에 던지면 간선무늬가 나올것이다.
즉 전자만이 아닌 세상에 존재하는 모든 것은 파동이면서 입자이다. 모든 것은 중첩되어있다.