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결어긋남 해석
두 개의 구멍 실험 : 두개의 구멍으로부터 퍼져나가는 빛 파동들은 원래는 단일한 원천으로 부터 비롯된 것이며 따라서 서로 보조가 맞는다. 구멍들은 결이 맞는 파동들을 서로 다른 경로들을 따라 보내며, 그 경로들의 길이 차이가 파동들의 두 집합이 서로 상호작용하는 방식에 영향을 미친다.
간섭무늬가 나타난다 -> 결이 맞는다
결어긋남 – > “양자성”이 사라지는 것. 패턴이 나타나지 않는 것.
양자성과 일상적 세계 사이의 경계는 ‘크기’에 의존하는 것이 아니라 결맞음에 의존한다.
원자 같은 경우의 크기는 양자역학이 적용되더라도, 고양이 같은 경우는 어떠한가? 고양이 보다 작은 벼룩은 어떠한가? 어디서부터 양자역학이 적용되어야 하는가? 에 대한 대답을 보어는 할 수 없었다.
그러나 이 물음을 해결하고자 한 사람이 있었다.
바로 앤서니 레깃 Anthony Leggett이다.
그는 ‘거시적’ 대상들의 행동을 기술하는데 여전히 양자역학의 규칙들을 이용할 수 있는지의 여부를 시험하기 위한 실험을 고안하고자 결심했다. 레깃은 이를 위해 SQUID(초전도 양자 간섭 장치 superconducting Quantum Interference Device에서 따왔다) 라고 불리는 장치를 만들었다.
전형적인 SQUID는 결혼반지만 한 크기여서 실제로 당신은 이를 손으로 잡을 수 있으나 이를 작동시키기 위해서는 아주 낮은 온도가 되어야 하므로 이 장치가 작동할 떄는 손으로 들고 있을 수 없다.
SQUID와 관련된 위키 https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
초전도체에서 순환하는 전류는 한번 흐르기 시작하면 영원히 흐르므로, 우리는 SQUID를 순환하는 그와 같은 전류의 행동을 모니터 하고 전자기장을 이용해서 이 전류에 수정을 가할 수 있다. 이 실험은 반지를 따라 맴도는 전자 파동이 마치 단일한 양자젖ㄱ 개체와 같이 행동함을 보여주며, 이는 원자보다 1억 배 더 큰 크기다. 레깃은 그의 첫 번째 목적을 달성했다. 그러나 이 실험에는 더 많은 의미가 있다. 당신은 그 파동이 반지를 따라 이 방향 또는 저 방향으로 흐를 수 있지만 동시에 두 방향 모두로 흐를 것이라고 생각하지는 않을 것이다. 그러나 이는 잘못된 생각이다. 21세기 초에 수행된 실헝ㅁ들은 파동이 반지의 두 방향으로 동시에 움직일 때 일어나는 효과들을 보여주었다. 두 개의 서로 다른 파동들이 서로 반대 방향으로 움직이는 것이 아니라 같은 파동이 한 번에 두 방향으로 가는 것, 즉 중첩인 것이다. 대상의 양자성을 결정하는 것은 대상의 크기가 아니라 파도의 결이 맞는다는 사실이다.
SQUID 장치들은 그 크기가 커져 인간 신체에서 생성되는 자기장에 대한 민감한 탐지기로서 의학 분야에서 실제 활용되고 있으며 양자컴퓨터의 잠재적인 구성품이기도 하다.
보어의 언어로 말하면 결어긋남이 ‘파동함수의 붕괴’를 야기하는 것처럼 보인다. 몇몇 사람들은 이러한 점을 들어 결어긋남 해석은 단지 또 다른 이름의 코펜하겐 해석일 뿐이라고 추정한다.
중첩과 얽힘은 같은 동전의 양면이다. 두 입자들’이 서로 상호작용하면 서로 얽히게 되고, 그 이후에는 영원히 한 입자에 일어나는 일이 다른 입자에 영향을 준다. 실제로 두 입자는 이제 단일한 개체인 것이다. 이와 유사하게 한때 SQUID반지를 두 방향으로 돌았던 단일한 파동은 중첩 속에 있는 두 개의 파동으로 생각할 수 있고 서로 얽혀있다. 그 결과로 단일한 양자적 개체, 즉 한방향이 아니라 두 방향으로 가는 파동이 된다.
결이 어긋날 때 얽힘이 덜해지는 것이 아니라 더해진다.
순수한 외로운 입자 하나에 다른 입자가 와서 튕겨내자마자 이 입자는 얽히게 된다. 만약 두개의 얽힌 개체들 중 어떤 하나가 제 3의 개체와 상호작용하면 이 세개 모두 얽히게 되며 이들의 양자적 상태들은 중첩된다.
결어긋남은 실제로 전체 세계-우주-에 있는 모든 것을 단일한 양자계로 연결하는 것을 포함한다. 우리는 더 이상 한때 고립되어 있던 입자의 양자성을 탐지하는 것이 아니다. 왜냐하면 이 입자는 모든 다른 것들과 섞여 있기 때문이다.
결어긋남은 순식간에 필연적으로 일어난다.
슈뢰딩거의 유명한 고양이에도 적용된다. ‘죽어있으면서 동시에 살아있기’위해서 고양이는 어떤 몹시도 있을 법하지 않은 순수한 양자성의 결맞음 상태로 준비되어 있어야만 할것이다.
결어긋남은 또한 코펜하겐 해석에 대한 철학적 반론 중 하나를 무력화시킨다. 코펜하겐 해석은 어떤 것이 관측되거나 측정되기 전까지는 ‘그 어떤 것도 실재하지 않는다’라고 말한다. 상자 속에 있는 고양이 같은 사물은 상태들의 주첩으로 존재할 수 있다. 따라서 이 해석의 반대자들은 다음과 같은 묻는다. 아무도 달을 쳐다보지 않아도 달은 존재하는가, 아니면 달은 모든 가능한 양자적 상태들의 중첩으로 존재하는가? 이러한 의미에서 달은 지구에 생명이 있기 전에도 존재했나? 결어긋남 해석은 이에 대한 답을 갖고 있다. 햇빛의 광자들까지도 필요 없이 우주배경복사로부터 오는 광자들만으로도 결어긋남을 일으켜 달을 ‘실재하는 것’으로 만들기에 충분하다.
우주의 전체 역사 -혹은 역사들
예전에는 독립된 별개의 해석이었던 정합적 역사해석consistent Histories Interpretation이 이제 결어긋남 역사 해석이되었다.
우리가 측정을 하고 나면 우리는 명확한 결과를 얻는데 이 결과는 어떤 의미에서 가능성들의 배열에서 선택된 것이다. 정합적 역사 접근법의 논증은 다음과 같다. 측정의 결과가 무엇이든지 간에 -세계에서 일어나는 그 어떤 일이라도- 그것은 과거 즉 역사와 일관되어야만(정합적이어야만)한다. 따라서 우리가 두개의 구멍 실험에서 생성된 간섭무늬를 들여다볼 경우 우리가 말할 수 있는 것은 그 무늬가 구멍들을 통과하여 서로 간섭한 파동들과 일관된다는 것뿐이다.
호킹은 ‘위에서 아래로의’ 접근법을 선호한다. 이 접근법에서는 지금 우리가 있는 상황에서 시작하여 일관된 방식으로 과거로 거슬러가며 우리 우주의 기원이 될만한 파동함수들이 무엇인지를 결정한다. 여기서 문제는 우리가 관측하는 결과에 도달할 수 있는 하나 이상의 방식이 존재할 수 있다는 것, 하나 이상의 정합적 역사가 존재할 수 있다는 것이다. 이 접근법에 의해 드러날 수 있는 유일한 ‘우주의 역사’는 존재하지 않는다. 전자를 이용한 이중 슬릿 실험에서 전자가 탐지 스크린 위의 특정한 점에 도달했을 때, 이 전자가 어느 구멍을 통과했는지를 말할 수 있는 방법은 없다. 두 개의 역사 모두 우리가 관측하는 것과 일관된다. 그리고 거시적 세계는 두 개의 구멍 실험보다 훨씬 더 복잡하다. 결어긋남 역사 접근법은 유일한 우주를 선택하지 않는다. 우리는 다른 경로를 통해 다세계라는 주제의 한 변형으로 돌아오게 된 셈이다.
스몰린은 자신의 책 ‘양자 중력으로 가는 세가지 길’에서 다음과 같이 기술했다.
입자들이 특정한 위치를 가지는 우리가 관측하는 ‘고전적’ 세계는 그 이론의 해에 의해서 기술되는 정합적 세계들 중 하나일 수 있지만, 다우커와 [에이드리언] 켄트의 연구 결과는 무한한 수의 다른 세계들 또한 존재해야 함을 보여주었다. 게다가 지금까지는 고전적이었지만 향후 5분 이후에는 우리의 세계와는 전혀 달라질 정합적 세계들이 무한히 존재했다. 심지어 더 골치 아픈 것은 지금은 고전적이지만 과거의 어느 시점에서는 고전적 세계들의 중첩들로 임의적으로 섞여 있던 세계들도 존재했다는 것이다…. 만약 정합적 역사 해석이 옳다면, 우리에게는 현재 존재하는 화석들로부터 수억 년 전에 공룡들이 지구 위를 으르렁거리며 돌아다녔다고 연역할 수 있는 권한이 없다.
모든 역사들은 동등하게 실재하며, 우리가 무엇을 우리 세계의 ‘유일한’ 역사로서 지각할지는 우리가 세계에 대해 묻는 질문들에 달려있다. 오늘의 세계 상태가 과거의 공룡들이 존재했을 가능성과 일관된다는 것이다. 스몰린이 말한 바 있듯, 우리는 ‘우리가 해답을 공식화할 수는 있지만 질문을 공식화할 수는 없는 이론’을 갖고 있는 셈이다.