문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 양자역학 (문단 편집) == 양자역학의 이해 == >양자역학을 완벽히 이해한 사람은 '''아무도 없다'''고 자신 있게 말할 수 있습니다. >---- >― [[리처드 파인만]] 양자역학에는 도무지 이해가 안 가는 설명이나 표현이 가득하다. 양자역학을 통해 얻은 결과 자체는 명확하지만 이들을 어떻게 하면 체계적으로 설명할 수 있는지는 불분명하다. 애초에 인간의 언어는 상식적인 것을 표현하는 데 맞추어져 있어서, 양자역학의 내용을 표현하려고 하면 잘 안 된다. 간단한 예를 들면 모든 물질은 파동의 성격을 가지고 있다는 [[물질파|물질파 이론]]에 따르면 지금 방에 누워 있는 당신이 갑자기 옆 방으로 [[순간이동]]하여 벽을 뚫고 그곳에 나타나는 것도 얼마든지 가능하다. 물론 사람의 물질파 파장은 매우 짧기 때문에 거시적인 세계에서는 이런 일이 일어날 가능성이 0%에 수렴한다. 생각해보라. 일평생을 살면서 자신이 (고전적인) 물리 법칙을 벗어나거나 또는 그런 경우를 목격한 적이 있는가? 눈을 떠보니 자신이 [[달]]로 순간이동해 있다거나 불꽃이 차가워졌던 적이 있는가? 유사 이래로 그런 경우는 단 한 건도 기록되지 않았다. 이러한 사건들이 쌓이며 우리의 세계관을 형성하고 전 인류의 보편적이고 암묵적인 '상식'을 만들어왔다. 그러나 양자역학은 여전히 그런 일이 벌어질 확률이 0%가 아니라고 말한다. 양자역학을 이해하는 도구로서 언어와 상식이 불완전하다는 점을 보여주는 또다른 예시는 양자역학과 [[실재론|실재성]], 국소성의 불분명한 관계이다. 일례로 양자역학은 실재성을 위반하는 것처럼 보인다. 양자역학에는 위치와 속도(운동량) 등 서로 다른 상태를 동시에 정확히 결정할 수 없다는 [[불확정성 원리]]가 있다. [[불확정성의 원리]]를 [[코펜하겐 해석]]에서는 '''존재 가능한 상태들이 중첩되어 있다가 관측되는 순간 하나의 상태로 확정된다'''는, 즉 관측이 대상(전자)에 영향을 끼친다는 누가 들어도 말이 안 되는 설명을 늘어놓는다. 관측되기 전에는 어떤 상태로 존재할지의 확률만이 있을 뿐이며 관측하면 그것으로 인해 상태가 정해진다는 얘기다. 대체 관측이란 행위에 무슨 물리적 의미가 담겨 있기에 중첩 상태에 있던 양자가 하나의 상으로 고정된단 것일까? 본다, 맛본다, 피부로 느끼다, 듣다, 맡다라는 행위들은 단지 신체 말미의 세포들이 화학작용으로 생겨난 전기신호를 신경계를 통해 뇌에서 처리하는 과정일 뿐이다. 이는 우주에서 흔하디 흔한 성질의 물리작용 중 하나에 불과하다. 그런데 양자역학에서 말하는 '관찰로서 정해지다'는 우리 인간의 관찰이 마치 어떤 철학적 의미를 담고 있는 중대한 행위인 것처럼 받아들여지게 한다. 이는 일반인은 물론 과학자들에게도 매우 거북스럽고 당혹스러운 개념이었다. '''그래서 과연 무엇이 맞을까? 관측이란 행위는 필연적으로 광자, 전자 등의 매개체를 필요로한다. 그래서 관찰을 하면 대상에게 매개체가 가해지기 때문에 극소적인 대상의 상태가 변할 수 밖에 없다. 그래서 원래 상태를 알 수가 없다. 그런 관찰의 물리적 한계 때문에 본래 상태를 알 수가 없어 양자 물체의 상태를 확률로 표현하는 것일까? 아니면 관측의 물리적 한계를 떠나서 양자 물체의 존재나 상태 자체가 정말 확률적인 것일까? ''' 양자 물체는 기본적으로 주변과 상호작용이 많을 수록 결어긋남이 일어나서 입자성을 보이고, 반대로 상호작용이 적을 수록 파동성을 보인다. 그런데 측정을 위해 관측을 하면 양자 물체는 애초에 너무 작은 물체라서 측정 매체에 영향을 받아 위치나 스핀의 값이 틀어져서 정확한 값을 구할 수 없다. 설령 측정을 안 해도 관측할 수 있는 마법 같은 기적이 있다고 가정해도, 애초에 상호작용이 적을 경우 양자는 파동의 성질을 띠게 돼서 마찬가지로 위치나 스핀의 값을 애초에 특정-예측할 수조차 없다. 즉 양자의 상태는 어떻게 되든 확률로 밖에 결론을 낼 수 밖에 없다는 것이다. 다시 말해 측정하는 행위 자체 때문에 값을 제대로 측정할 수 없어서 확률로 밖에 값을 낼 수 없다는 것도 맞지만, 애초에 상호작용의 정도에 따라 양자는 파동인 상태에서 어디로(위치), 어떻게(스핀) 입자로 수렴될지 정확하게 알수 없어서, 마찬가지로 존재 자체도 확률이라고도 할 수 있다. 파동의 상태일 때는 여러 가능성-상태가 중첩되었다는 표현을 쓴다. 양자역학 이전의 [[고전역학]]은 사건이 측정 방법과 무관하다고 가정해 왔다. 하지만 사건과 측정이 분리되었다면 측정을 할 수 없다. 사건과 측정이 인과적으로 연결되어 있을 때에만 측정이 가능한 것이다. 이러한 관점에서 측정에 의한 상태의 교란은 필연적으로 보인다. 만약 측정에 의한 교란을 제거하려 할 때 양자역학의 체계가 무너져내리고 만다면, 이론적 건전성을 위해서라도 결과가 측정으로 인해 결정된다는 해석을 어느정도 받아들일 수밖에 없을 것이다. 이는 뉴턴 이후 물리학의 보편적인 성질인 [[실재론]]을 통째로 부인하는 내용인지라 양자역학의 등장 초기에는 이 때문에 많은 과학자들이 양자역학을 사이비 유사과학으로 취급했다. 그 [[아인슈타인]]마저도 "그럼 달이 눈에 보이지 않을 때에는 달이 존재하지 않기라도 하단 말이냐?"라고 까댔을 정도니까. 국소성이란 물리 현상이 바로 근처의 조건에만 의존해야 한다는 원칙을 말한다. 만약 어떤 물체가 움직이면, 그 물체에 힘을 가한 다른 물체에 의해 움직인 것이지, 저 멀리 동떨어진 별개의 물체에 의해서 움직이는 게 아니라는 것이다. --마법?-- 그래서 국소성 또한 일종의 물리법칙이기도 하며, 실험적으로 매우 중요하다. 만약 물리 법칙이 국소성을 따르지 않는다면, 실험 환경을 통제할 수 없다는 말이 되고, 그러면 실험을 통해 일관된 결과를 얻는다는 것이 불가능할 것이다. 또한 국소성은 실험뿐만 아니라 이론적으로도 유용하다는 사실이 [[제임스 맥스웰]]의 전자기 이론 등을 통해 밝혀졌다. 하지만 [[순간이동#양자 순간이동|양자 순간이동]] 등의 현상은 이러한 국소성의 원리를 위반하는 것처럼 보인다. 이처럼 언어만으로는 양자역학을 설명하는 데에 모호성이 나타나게 된다. [[물리학자]]들은 언어가 가지는 모호성을 극복하기 위해서 '''핵심 개념의 의미, 기본 원리부터 세부 사항까지 전부 수학으로 표현'''해 놓았다. 양자역학은 전자와 같은 매우 작은 것들끼리의 역학이기 때문에 '''현생 인류가 상세 과정을 알 수 있는 방법은 아직까지 존재하지 않는다.''' 다시 말해서 양자역학은 고전역학이나 전자기학과 같은 과정을 관찰하면서 법칙을 구체화하는 방법을 사용할 수 없다. 반면 수학은 논리학의 도구로서는 공리가 틀리지 않는 한 완벽하기 때문에, 수학과 같이 [[양자역학의 공리]]를 전제로 두고 결과까지 [[연역법]]으로 도달하는 방법을 사용할 수밖에 없다. [[양자역학의 공리]]에 따르면 양자 상태란 [[힐베르트 공간]]의 원소이며 이들의 시간에 따른 변화는 [[슈뢰딩거 방정식]]으로 나타난다. 양자 상태에 [[에르미트 연산자]]를 사영하여 나오는 고유값이 관측 가능한 물리량이며 관측 값을 얻을 확률은 관측 후 양자 상태의 절댓값의 제곱에 비례한다. 다행히도, 여태까지 [[양자역학의 공리]]를 잘못 설정했다는 흔적이나 증거는 발견된 적이 없다. 다만 이러한 양자역학의 공리는 실험적 진리가 아니며 모든 물리학자들이 동의하는 내용도 아니다. 물리학자 루시앙 하디(Lucien Hardy)는 더 나은 양자역학의 이해를 위해 새로운 공리를 제시하기도 했다. [[양자역학의 공리]]는 물리에서 수학을 언어로 사용한다는 “예” 중의 하나이다. [[코펜하겐 해석]]은 양자역학이 수학적 공리의 결과일 뿐이며 직관적인 이해가 불가능한 건 어쩔 수 없다고 본다. 이러한 측면에서 바라볼때 양자역학의 이해가 어렵다는 말은 곧, 양자역학의 공리를 받아들이기 힘들다는 말로 재해석할 수 있다.[* "양자역학의 공리들은 이해의 대상이 아니다." 신상진, [[https://webzine.kps.or.kr/inc/down.php?fileIdx=9673|기초과학의 재건을 위하여, 물리학과 첨단기술 2019년 9월 28권 9호 43-46쪽]]] 반면 [[아인슈타인]]을 비롯한 학자들은 최종적으로는 양자역학이 직관적이며 이해 가능한 언어로 표현되어야 한다고 주장했다.저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기