양자역학 신기한듯
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유튜브 채널 '보다'에서 이중슬릿 실험을 통해 영자역학의 성질을 설명해 줬는데 되게 흥미로웠음.
좀 가볍게 다루고 넘어가서, 구글링이랑 GPT한테 물어봤더니 이게 좀 재미있더라.
이중슬릿 실험을 간단히 설명하면,
진공상태에서 전자총으로 2개의 구명이 뚫린 판떄기(이중슬릿)에 전자를 1개씩 여러번 쏜 후에
판때기 뒤에 있는 특수한 스크린에 이중슬릿을 통과한 전자들이 어떤 모양으로 밖혀있나(어떤 분포를 보이나),
스크린에 밖힌 전자의 흔적을 보는 쓰잘대기 없는 짓거리임.
그런데 결과가 희안함. 동일한 시험 조건에서 전자를 1개씩 여러번 쐇을때
전자를 "관측"하면 전자들이 입자의 성질을 보이고, 관측하지 않으면 전자들이 파동의 성질을 보인다는 거임.
뭔소리여? 싶지? 대충 아래 2개의 그림으로 보면 이해가 쉬울거.
1) 관측하지 않은 이중슬릿 실험결과 : 전자가 입자라면 2개의 슬릿을 통과했으니, 스크린에 2개의 줄무늬가 생겨야 하지만
호수위의 돌을 2개 던지면 나타나는 물결처럼 여럿의 회절 무늬가 나타남. 전자를 1개씩 쐇으니 전자끼리 부딪쳐서 저렇게 나올수가 없음.
2) 관측한 이중슬릿 실험결과 : 우리 상식대로 2개의 슬릿 숫자만큼의 흔적이 나타남.
이게 뭔소리여 우리가 눈깔로 째려보면 두줄이 뜬다고? 하며 좀 찾아보니, "관측"이란 표현에 오해의 여지가 많음.
대부분 "관측"이란 단어를 처음들으면, 사람이 눈으로 보거나, 전자의 이동을 영상으로 기록한다라고 생각하기 쉽지만,
그런 개념이 아니었음.
짧게 요약하면, 양자역학에서의 관측이란, "입자와 다른 무언가와의 상호작용" 임.
우리가 눈으로 보는 건, 결국 전자와 빛이 충돌해 튕겨져 나온 빛이 우리 눈알속 시신경에 밖혀 그 상이 보이는거임.
눈으로 본다 = "관측대상 - 빛 - 우리 눈" 이라는 상호작용임. 그런데 이 상호작용이란게 지성을 가진 생명체나 영상일 필요가 없음.
실제로 전자를 우리가 실시간으로 보거나, 그 이동을 촬영하는건 현대의 기술로는 불가능함.
이중슬릿 실험에서는 전자의 관측을 위해 이중슬릿의 구멍주변에 특정장치를 설치해뒀음.
전자는 스핀이라는 특성을 가지고 있는데, 이게 방향성이 있음. 특정장치가 자기장을 발생시켜 근처를 지나가는 전자에 특정방향 스핀을 부여함.
이중슬릿의 왼쪽 구멍을 통과한 전자는 Up스핀, 오른쪽 구멍을 통과한 전자는 Down스핀, 요렇게 스핀 값을 갖게 세팅한거임.
전자가 특정방향의 스핀이란 꼬리표를 달게 함으로써, 전자의 이동경로를 특정할 수 있게된거임.
이걸 양자역학 용어로 "얽힘"이라고 표현하더라, 전자를 스핀과 얽힘 상태로 만듬으로써, 전자 이동경로가 확률적 상태가 아니게 되고
그 결과 전자가 파동성을 잃음. 정확히는 전자의 이동경로가 파동성을 잃은거지.
그리고 이중슬릿 실험에서는 이걸 전자를 "관측"한거라고 표현한거임.
그래서 스크린에 간섭무늬가 없는 2줄의 모양으로 전자들이 밖힌거고.
여기서 또 재미있는 점이 있음. 우리는 스크린에 밖힌 전자의 흔적으로 그 전자가 어떤 스핀을 가지고 있었는지 알 방법이 없음.
그저 기록되지도 않는 "관측"이 되었다는 이유 하나만으로 결과가 파동성을 잃어버리고 딱 2줄의 입자성 결과가 나온거.
전자가 관측 안될때는 전자가 어느 슬릿을 통과할지 이동경로가 결정되지 않으니, 전자의 이동경로가 반반 확률의 진폭을 가진 파동처럼 그 결과가 나온거고.
이 이중슬릿 실험 하나로, 미시세계에서 물질이 관측될때에는 고전역학처럼 움직이고,
관측이 안될때에는 확률적인 진폭을 가진 움직임을 보인다는게 증명된거.
이중슬릿 실험 확장판으로 슬릿뒤에 스핀을 제거하는 장치를 달고 그 결과를 살펴보면 다시 회절무늬 파동성이 나타나는 골때리는 결과도 있음.
이건 이거대로 흥미롭더라.
그래서 결론은 이세상은 시뮬레이션이고 우리는 통속의 뇌다.
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