[재밌는 양자역학] 13. 다세계 해석 (many-worlds interpretation)

안녕하세요!! 생각하는 공대생입니다.

오늘은 ~ 양자역학의 다양한 해석들중 다세계 해석에 대해 알아보겠습니다!!

다세계 해석

양자역학의 해석 중의 하나. 과거에는 코펜하겐 해석이 절대적 다수였으나, 

최근에는 물리학자 중 다세계 해석의 지지자들이 늘어나서 상당한 수준의 지지자를 가진 해석입니다.

코펜하겐 해석에 따라 슈뢰딩거의 고양이에서 산 고양이와 죽은 고양이가 공존하는 상태는 

고양이의 생사를 확인하는 순간 붕괴되어 살거나 죽은 고양이의 우주만 남고 다른 가능성은 없다는 것이 주류였는데요.

그런데, 그렇다면 이 우주는 어떤 기준으로 산 고양이의 우주와 죽은 고양이의 우주를 결정할까요??

즉, '우주는 어떤 기준으로 세계를 선택하는가?'라는 질문이 제기되기 시작하면서 

다시금 주목받기 시작한 이론입니다.

 코펜하겐 해석에서는 관측하는 순간 입자의 파동함수가 '붕괴(collapse)'하여 한 위치에 확정된다고 봅니다.

반면, 다세계 해석에서는 파동함수는 '붕괴'라는 과정을 따르지 않고 슈뢰딩거 방정식만을 따라서 행동한다고 말합니다.

 

따라서 관측이 이루어져도 파동함수는 붕괴하지 않게 되는 것이죠. 

다세계 해석에서는 관측이 일어난 뒤의 상태도 또한 중첩된 상태로 생각합니다.

중첩된 상태들이 결어긋나면서(decohere) 세계가 분리되는 것이죠!!!

즉, 살아있는 고양이의 세계와 죽어있는 고양이의 세계로 우주가 분리되는 것입니다.

일어날 가능성이 조금이라도 있는 사건(양자역학적 확률이 0이 아닌 사건)은 

분리된 세계에서는 하나도 빠짐 없이 실현되어 존재한다고 하였죠.

나름의 연구과 수학적 근거도 있는데요

슈뢰딩거 방정식의 어디에도 코펜하겐 해석에서 말하는 파동 함수의 붕괴를 암시하는 수학적 변수가 없다는 것입니다.

이 이론은 다중우주(Multiverse)나 평행우주(parallel universe)와도 일맥상통하는데요!

서로 다른 일이 일어나는 우주가 사람들이 알지 못하는 곳에서 동시에 진행되고 있다는 이론입니다.

예를들어 여러분이 이 글을 읽는다고하면,

댓글을 다는 여러분, 좋아요를 누르는 여러분, 읽다가 말도안돼!!라고 소리치며 모니터를 때려부시는 여러분 등등 

모든 가능성을 가진 여러분이 여러개의 우주에 전부 존재한다는 이론입니다.

그러나 모든 양자역학 이론이 그렇듯이

이 이론또한 모순점이 있습니다.

첫번째는 입자의 '관측'은 시도때도 없이, 그리고 무한히 많이 일어난다는 점인데요.

 이전 포스팅에서도 말씀드렸듯이 '관측'이라는 것은 특별한 행위가 아닙니다. 

우주에 존재하는 모든 입자들이 각자의 파동함수를 가지고 있고, 

다른 입자와 아주 약간이라도 상호작용하는 순간마다 '관측'이 이루어진다고 볼 수 있습니다.

예를들어 평범한 질소원자 1개는 1초당 약 50억번 다른 원자와 충돌합니다.

다세계 해석에 따르면 단지 질소원자 1개가 1초당 50억개의 다른 우주를 만들어내는 셈이죠.

1초당 질소원자 1개만으로도 이정도인데 우주에 존재하는 모든입자를 생각한다면 ㅎㄷㄷ...

물론 절대 안 될 것은 없지만, 뭔가 직관적으로도 더 이상하고

입자와 입자가 충돌하는 사소한 사건이 어떻게 우주를 둘로 나눌 수 있는지, 

왜 나누어야만 하는지는 아직 그럴 듯한 설명이 존재하지 않습니다.

또한 슈뢰딩거 방정식에 따른다면

각 우주마다 '확률'이 다를 수밖에 없는데, 이것이 모두 존재하는 우주라면

 '확률이 높은 우주'라는 것은 대체 무엇을 의미하는지에 대한 의문이 생깁니다.

더 근본적인 문제는, 이 확률이 사실은 전부 0이라는 데에 있는데요 

임의의 입자가 특정한 위치 x에 있을 확률은 언제나 0입니다.

입자가 있을 수 있는 위치가 수학적으로 셀 수 없기 때문이죠.

고등학교때 확률을 배웠다면 대충 감이 오실텐데요 

[x, x+a]와 같이 구간을 잡아 주어야만 이 확률을 양수로 만들 수가 있는 것이죠!!!

따라서 다세계 해석에 따르면 확률이 0인 우주들이 무수히 많이 존재하게 된다는 뜻입니다.

이는 수학적으로, 그리고 물리학적으로 굉장한 난제가 아닐 수 없죠.

여러분의 생각은 어떤가요?

다음에 계속