[재밌는 양자역학] 14. 양자역학의 다양한 해석들

안녕하세요 생각하는 공대생입니다.

오늘은 이미 소개드린

코펜하겐해석, 결잃음 해석 그리고 다세계해석 이외에 다른 해석들을 마저 알아보도록 하겠습니다!!

1. 앙상블 해석(ensemble interpretation)

 막스 보른이 파동함수의 의미는 통계적인 관점에서 봐야 한다고 주장한 데에서 유래한 이론입니다.

슈뢰딩거의 고양이를 예로 들면 한 마리가 살았는지 죽었는지 중첩여부를 생각하지 말고

 실험을 여러번 해서 살아있는 고양이는 몇마리인지, 죽은 고양이는 몇마리인지를 분석하자는 것입니다.

이중슬릿 실험에서는 전자가 동시에 두 슬릿을 통과한게 아니라

여러번 실험을 해서 몇개의 전자는 왼쪽슬릿을, 몇개의 전자는 오른쪽슬릿을 통과하는지 보자는 것이죠.

말 그대로 통계적인 해석입니다.

그러나 앙상블 해석은 양자 역학의 해석에서 중요한 관측 문제를 무시하고 통계적인 결과를 중시한다는 특징이 있습니다.

앙상블 해석은 자세한 것들은 덮어놓고 일어나는 현상만 보자는 소극적인 해석이라 할 수도 있겠네요.

2. 숨은 변수 이론(Hidden variable theory)

양자역학은 불완전하며 완전한 이론이 되기 위해서는 숨은 변수가 필요하다는 이론입니다.

즉, 우리가 불확정성때문에 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없다거나

입자의 위치를 확률로만 아는것은 숨은 변수를 우리가 몰라서이기 때문이라는 주장입니다.

숨은 변수만 찾으면 모든 것을 정확하게 계산 할 수 있다는 이론이죠.

아인슈타인이 주장하던 이론입니다.

이처럼 물리현상이 관측자에 의존하지 않고, 모든 설명이 현상에 내재해 있다는 개념을 실재성(reality)이고 하는데요!

아인슈타인이 달(물리량)은 관측자가 있든 없든 아무런 영향을 받지 않아야 한다고 주장한 성질이 실재성인 것입니다. 

그 후 벨의 부등식이 발표되고 양자역학의 실재성과 국소성(locality)이 어떻게 관련되어 있는지 드러나는데요.

벨의 부등식은 숨은 변수이론이 맞다면, 만족해야 할 부등식이라고 합니다. (너무 어려움 ㅎ)

또한 국소성은 쉽게 말해서 입자간 소통(영향)이 있으려면 빛이든 뭐든 매개체가 있어야한다는 뜻이며

비국소성은 그런거 없어도 된다는 뜻입니다.

이 내용은 EPR 역설에서 다시 다루겠습니다.

결국 1982년에는 아스페의 실험을 통해 국소적 실재론은 불가능하다는 것이 증명됩니다.

 이 실험의 의미는 국소성 혹은 실재성 둘 중 하나에 오류가 있다는 것으로, 

다시  말해 비국소적 실재론, 혹은 국소적 비실재론만이 가능하다는 것입니다.

그러나 여전히 비국소적 실재론, 다시 말해 비국소적 숨은 변수 이론은 반증되지 않고 있으며, 

실험으로 반증이 불가능하다는 것이 대다수 물리학자들의 의견입니다.

3. 서울 해석

엥? 서울??

네 바로 그 서울 맞습니다. 대한민국 서울 해석이죠 ㅎㅎ

장회익을 비롯한 한국의 학자들이 제안한 해석입니다.

서울대 물리학과 명예교수 장회익 교수님

이 새로운 해석에서는 양자역학이 형식 이론의 관점에서 볼 때, 

‘동역학적 특성’으로 정의된 대상을 인식 주체의 영역과 무관하게 서술하는 이론이며, 

메타 이론적으로 대상에 대한 ‘상태’ 서술과 그로부터 관측자가 얻을 수 있는 ‘사건’ 서술 사이에 

명확한 규칙을 제시하는 동역학 체계라는 점을 강조합니다. (무슨 소린지 하나도 모르겠...)

대상 이론인 양자역학 자체와, 이에 대한 메타 이론의 해석 규칙을 엄격하게 구별함으로써, 

이 해석은 실질적으로 양자역학의 해석에 대한 문제 대부분을 해결해 가고 있다네요.

펄~럭

4. 드브로이-봄 이론

숨은 변수 이론의 일종으로

입자가 이동하기 전에 '파일럿 파(향도파)'라는 파동을 먼저 쏜 후 그 파동을 따라 이동한다는 이론입니다.

이 이론은 파일럿 파를 실험적으로 검증 할 수 없다는 점과, 

결국 수학적으로는 코펜하겐 해석과 다를 바 없다는 점(심지어 코펜하겐 해석이 더 간단) 

때문에 잘 쓰이지 않았던 이론이었습니다.

그런데

최근에 이 이론을 간접적인 실험적으로 구현할 수 있다는게 밝혀져 다시 주목을 받고 있습니다.

일정한 진동을 주는 물표면위에 작은 기름방울을 떨어뜨려 실험하는 것인데요,

 기름방울을 전자라고 생각하고 기름방울이 튀기면서 나타나는 

물표면위의 파동을 파일럿 파라고 생각해보면 

터널링현상이나 이중슬릿 현상을 깔끔하게 설명할 수 있습니다!!

자세한건 유튜브에 'Is This What Quantum Mechanics Looks Like?'를 검색하셔서 시청하시길 바랍니다.

저도 정말 흥미롭게 봤네요

다음에 계속