스토리텔링 형식으로 써나갈거임

물질을 이루는 가장 최소단위의 원자는 원자핵과 전자로 이루어져있음
그런데 이 전자가 스스로 자전하고 있는것 처럼 보이는 현상을 발견함
그래서 이 스핀을 가지고 여러가지 실험을 해보기로함
<img alt='' src='https://newphilosophy.net/quantum/entanglement/0001.jpg' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

먼저 스핀이 있다는건 스핀의 방향이 있다는거임. 즉 어떤 방향에서 보았을때 시계방향으로 도는지 반시계방향으로 도는지 알수있다는거임
이해를 간단히 하기 위해서 어떤 방향에서 봤을때 시계방향이면 업스핀이고 반시계방향이면 다운스핀이라고 정하자
그리고 하나의 양자를 길다란 관에 통과시켜서 업스핀인지 다운스핀이지를 측정해서 특정 방향일때만 통과시키는 장치를 고안해서 측정을 해보기로함

<img largesrc='href='https://mblogthumb-phinf.pstatic.net/20140706_146/cwhaha_1404648329872vW8gA_PNG/fig3_1.png?type=w2'' id='img_1' data-top='2365.199951171875' alt='' src='https://mblogthumb-phinf.pstatic.net/20140706_146/cwhaha_1404648329872vW8gA_PNG/fig3_1.png?type=w2' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>
먼저 업스핀만 통과시키는 장치 3개를 나란히 놓아놓음. 그리고 100개의 전자를 무작위로 쏘아봄 그러니까 마지막에 나오는 전자의 수가 대략 50개임
즉, 첫번째 측정기에서 50%의 확률로 다운스핀의 양자가 걸러지고 통과한 양자는 모두 업스핀이기때문에 나머지 장치는 그냥 다 통과되는거임
ㅇㅇ 아무 이상없음. 우리의 직관과 일맥상통함


<img largesrc='href='https://mblogthumb-phinf.pstatic.net/20140706_93/cwhaha_1404648330194F8rgz_PNG/fig3_2.png?type=w2'' id='img_2' data-top='2434.800048828125' alt='' src='https://mblogthumb-phinf.pstatic.net/20140706_93/cwhaha_1404648330194F8rgz_PNG/fig3_2.png?type=w2' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>
그런데 측정기를 요따구로 중간에 90도로 꺾어놓으면 어떻게 될까?
먼저 상식적으로 상상해보자 첫번째 장치에서 업스핀 양자만 50% 통과될거임 그리고 두번째 장치는 직각으로 누워있기 때문에  여기서 또한번 50%의 업스핀 양자만 걸러질거임.. 왜냐하면 생각을 해보삼 첫번째 장치에서 업스핀이라 판정되었다는건 양자스핀 방향이 원을 수평으로 뚝 잘라서 위쪽 반원 어딘가에 있다는 말임 만약 반원의 오른쪽에 있었다면 두번째측정기에서 업스핀이 되었을거고 반원의 왼쪽에있었다면 두번째 장치에서 다운스핀이 되었을거임

자 그럼 이제 50%의 50%니가까 25%의 양자만이 통과했음 여기까지는 우리의 뇌피셜과 실험 결과가 일치함. 아무런 이상한게 없다는거임
그럼 마지막 장치를 통과하면 얼마나 남을까?
이미 처음 장치에서 한번 걸러져 나온놈들이니까 더 걸러질 것도 없이 그냥 25%의 양자가 그대로 나올 것 같다.

그런데 실제로 실험해보니까 ㅅㅂ 12.5%가 나옴..;; 여기서 과학자들이 맨붕함
어걸 어떻게 해석해야 되나? 첫번째 장치를 통과할때 50%의 스핀이 관측기의 어떤 영향으로 인해 역전했다고 가정하면? 아래는 해석이 되지만  위에 나란히 장치를 놓은것은 해석이 안된다. 50%의 양자가 역전했다면 마지막에 나오는 양자는 50%의 50%니까 25%가 되어야 되는데 50%이지 않았던가! 도대체 어떻게 해석해야되나?
방법은 하나다 90도 누운 각도로 측정시 업스핀으로 나왔다면 그 누운각도의 업스핀으로 쭉 가는거다. 즉 스핀이 누운각도로 변해버린거다!
그래서 마지막에 다시한번 위쪽각도로 측정했을때 누운각도에서의 반원안에 있으니까 마지막 50%까지 걸러지는거다.
사실 확률분포로 누운90도 각도에서 봤을때 100퍼센트 통과고 그것의 좌우로 확률이 점점 낮아지고 그래도 좌우의 비율은 같으니 50%다 라는건데 뭐 이건 몰라도 되고 일단 측정이 영향을 준다는건 확실한거 같다! 이것만 일단 알면된다.

잉 그런데 관측이 스핀 방향에 영향을 준다고 가정하면 괴랄한 현상을 인정해야만된다.
바로 양자얽힘 현상이다.

<img alt='12 (1).png' src='https://steemitimages.com/DQmaMQvNd2mX7PjEerStyanRmojVEcvgcqZxo58ytvusRvo/12%20(1).png' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

한개의 양자에서 두개로 쪼개진 양자는 서로 운동량을 합하면 0가 되어야 하기 때문에 정확히 반대방향으로 회전해야만 함
그런데 우리는 방금전의 실험에서 관측이 스핀의 방향에 지대한 영향을 끼치는걸 알게되었음
즉, 두개의 양자중 하나의 양자를 관측할 시 그 양자는 관측의 효과에 의해서 스핀의 방향이 영향을 받게되고(정해지고)
반대방향의 양자스핀은 서로 반대방향으로 회전해야함으로 이 양자스핀의 방향이 억겁의 거리가 떨어져 있다고 한들 순식간에 반대방향으로 정해져버린다는 것이다.

잉? 이거 아인슈타인의 빛의속도보다 더 빠른건 없다와 정면대치되는거 아님?
응 그래서 아인슈타인이 반대함
하지만 위의 두 실험은 실제로 몇번이고 똑같이 반복증명되었음
그럼 아인슈타인은 어떻게 위의 현상을 해석했을까?

일단 스핀의 방향은 처음부터 정해져 있었음
그리고 단순히 한쪽양자의 스핀을 관측할 시 스핀 방향이 그때 정해지는게 아니라 그냥 처음부터 정해져있던걸 관측했던거뿐임
그러니까 이게 반대쪽 양자에 어떤 영향을 미치지도 않고 그저 처음부터 반대방향의 스핀이 관측될 뿐이라고 말했어

그리고 첫번째  실험에서 양자가 12.5%나온 실험은 이게 같은 방향은 괜찮은데 다른 방향이면(두번째 장치) 어떤 다른 변수가 영향을 끼쳐서 두번째 장치를 통과할때 양자의 방향을 바꾼것이다 라고 말했어. 즉, 관측이 양자의 방향을 결정한게 아니라 처음부터 양자가 갖고있던 알수없는 변수가 관측을 통해서 변했을 뿐이라는거지 그 변수만 없으면 고전역학적 해석의 실험결과가 나올텐데 우리 과학기술로는 아직 그게 뭔지는 알수없음.. 좀더 기술이 발전해야지 ;; 라고 한게 EPR역설임

그런데 그 숨은 변수를 찾는거보다 그냥 그 숨은변수의 영향을 없애버리는게 간단한거잖아?
첫번째 실험에서 숨은변수가 있다면 자기역할을 하는건 90도로 누운 두번째 장치에서였어
왜냐면 일단 한쪽 방향이 정해진 다음에 일어난 변화이니까
아직 어느쪽인지 정해지지 않은 첫번째장치에서는 설사 숨은변수가 영향을 준다해도 첫번째는 확률에 영향을 안미침.
예를들면 동전이 앞면인 상태로 동전튕기기 했을때 힘을 조금 가하거나 적게 주면 앞뒤로 나올 가능성에 영향을 주지만 처음 앞인지 뒤인지 모르는 상태에서는 힘을 더 주든 말든 처음부터 모르기때문에 상관없는것처럼 설명하기 귀찮다 걍 알아듣겠지뭐
즉 첫번째만 관측한 다음에 그걸로 어떻게 비벼서 고전역학적 확률을 계산한 다음 실험에서 그거랑 다르게 나오면 오 시발 양자역학 진짜네 이런거지
그 고전역학적 확률식을 생각해낸게 벨이었음

이걸 이해하기 위해서 아래와 같은 관측기를 생각할 수 있음
아까전에는 90각도로 위와 옆으로 관측을 하는거 였는데 이번에는 각각 120도 각도로 3개의 관측기를 놓겠음
그리고 양쪽으로 양자를 튕겨서 측정을 해보자
<img alt='' src='https://newphilosophy.net/quantum/entanglement/0017.jpg' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

측정할때 A관측기에서 1,2,3중 하나, B관측기에서 1,2,3중 하나에서 관측이 가능함
그리고 처음부터 방향이 정해져있다는 고전 역학에 따라 생각해보면 아래와 같이 3방향 전부 방향이 반대여서 A와 B의 관측 결과가 전부 반대방향이거나
<img alt='' src='https://newphilosophy.net/quantum/entanglement/0021.jpg' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

아래와 같이 2번만 같은 방향으로  A와 B의 관측 결과가 반대일 경우의 수가 9개중에 5개 즉, 55.6%거나 이겠지
이것 외에는 생각할 수 없어
<img alt='' src='https://newphilosophy.net/quantum/entanglement/0023.jpg' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

이걸 무작위로 양자를 쏘아서 양쪽 측정결과 반대방향일 확률을 계산해보면 고전역학적인 생각으로는 100%와 55.6%사이에 어떤 값이 나오겠지?
즉 55.6%이상의 쌍이 서로 반대방향이어야 한다는거야 이게 벨의 부등식이 포함하고 있는 수학적 내용이고
물론 55.6%보다 작을 확률도 있긴한데 양자를 한 1000개 아니 노가다로 더 많이 한 1만개 쏘아보면 대수의 법칙에따라 그럴 활률은 점점 0로수렴하니까 상관없음

자... 그럼 대망의 실험결과는? 딱 50%가 나왔음;;
즉 숨은변수이론의 영향도 무시하면서도 고전역학적으로는 나오면 안되는 확률이 나온거임
이걸로 일단 숨은변수이론이 틀렸다는게 증명되어버림

그럼 이 50%나온 의미에 대해서 생각해보자

고전역학적 해석으로 안된다면 양자역학적 해석을 할수 밖에 없음
양자역학적 해석에 따르면 A의 1을 관측할때 업스핀으로 측정되면 B쪽으로 날아간 스핀은 B의 1에서 관측했을때 무조건 다운스핀으로 결정될거임 이건 뭐 고전역학이나 마찬가지로 당연한거임 근데 그게 B의 2와 3의 스핀의 측정에도 영향을 끼친다는게 벨의 부등식의 붕괴원인임
고전역학적 해석이면 A를 관측하던 말던 처음부터 정해져 있는 스핀이니까 확률에 영향을 안끼치는데 B의 2와 3이 A의1을 관측해서 나오는 결과에 따라 값을 살살 바꾼다는거임.. 자세한 계산을 생략한다.


<img alt='' src='https://newphilosophy.net/quantum/entanglement/0027.jpg' style='margin: 0px; padding: 0px; border-style: initial; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-stretch: inherit; line-height: inherit; font-family: "Times New Roman"; vertical-align: top; outline: none; box-sizing: border-box; max-width: 100%; height: auto; color: rgb(51, 51, 51); letter-spacing: -0.7px;'>

그래서 이 양자얽힘은 사실로 밝혀졌고 과학자들은 최근에 이 양자얽힘을 이용해서 양자컴퓨터도 만들고 순간이동장치도 연구한다고 함
물론 원리는 나도 모름

틀린거 지적 환영