font-family:"맑은 고딕";color:#123456">양자역학을 배우게 되면 처음으로 마주치게 되는 벽이 바로 '측정'과 '붕괴'에 대한 논의입니다.

 

"10.0pt;font-family:"맑은 고딕";color:#123456">측정을 안하면 파동이던 것이, 측정을 하니까 입자로 바뀌어버리네?" 

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">기존의 고전적(classical) 사고방식으로는 도저히 납득 불가능한 위치에 있는 현상입니다. 괜히 희대의 천재로 불리던 아인슈타인이 끝까지 양자역학을 배척했던 게 아니에요. 이를 정확하게 이해하기 위해서는, 측정'에 대한 정확한 이해가 필요합니다. 단순히 '눈으로 본다'라는 개념으로 접근해선 안되는 것이에요.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">먼저, 가장 잘 알려져 있는 측정과 붕괴에 대한 실험이 바로 전자의 이중슬릿 실험인데, 이것을 예로 들어 설명해보도록 하겠습니다.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">우리가 어떤 입체를 한 방향으로 꾸욱 누르면 어떻게 될까요. 쉽게 구 형태로 다져진 모래를 바닥에 두고 지그시 누르는 상황을 생각해보겠습니다. 이러면 다른 방향(바닥과 평행한 방향) 두께에 대한 정보가 사라지는데, 대신 누르는 방향(바닥과 수직한 방향)에 대한 정보는 더 명확해집니다. 

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">이렇게 모래를 바닥에 지그시 누르는 것을 측정, 원래 모형이 변형된 상태로 고정되는 것이 붕괴라고 이해하시면 됩니다.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">상황에 대입해보기에 앞서, 입자는 뭐고 파동은 뭔지 짚고 넘어갈 필요가 있겠습니다.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">충격적이게도 양자론에서는 완전한 '입자' 혹은 '파동'의 개념을 인정하지 않습니다. (Let there be only fields)

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">여기서 말하는 입자란 '알갱이'에서 정의가 끝나는 단순한 객체가 아닙니다. 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">위치가 잘 측정되는(혹은 위치에 대한 측정의 오차가 적은)양자 상태를 일컫는 말이라고 생각하시면 될 것 같아요. 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">또 파동도 정의를 하고 가야겠죠. 파동도 입자와 비슷하게, 운동량이 잘 측정되는 양자 상태를 일컫는 말이라고 해석할 수 있어요.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">따라서 완전한 입자도 없고 완전한 파동도 없다는 말은 곧, '이 세계에 존재하는 모든 객체는 위치로도, 운동량으로도 특정할 수 없는 단순한 장에 불과하다' 라는 말로 해석할 수 있습니다. 이 장을 온전히 알 수 있는 방법이 있다면 참 좋겠지만, 우리가 세상을 보는 방법은 안타깝게도 또 다른 객체를 통해서(주로 광자를 통해서)이기 때문에, 어쩔 수 없는 잡음이 생깁니다. 이 잡음은 어떤 방식으로도 제거할 수 없고, 우리는 이 원리를 '불확정성 원리'라고 부릅니다.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">이제 이중 슬릿 실험에 배운 개념을 대입해봅시다.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">위치를 측정한다는 것은 곧, '위치 방향'으로 양자 장을 지긋이 누르는 거겠죠. 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">우리는 이 과정을 단순히 '눈으로 바라봄'으로써 수행할 수 있습니다. 광자가 전자 장과 상호작용하고 나오며 위치에 대한 정보를 갖고 우리 눈에 입사되면서, 그 위치를 측정하는 행동을 하게 됩니다. '그렇게 되면 전자 장은, 위치 정보가 더 명확한, "입자성"을 띄도록 붕괴하겠죠.

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">운동량을 측정하는 것도 같은 맥락에서 이루어집니다.

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">운동량에 대한 측정은, 파장에 대한 정보를 이중 슬릿 통과에 의한 위상 변화를 측정하여 얻게되면서 진행됩니다. 또 똑같은 과정을 거치면서 운동량 정보가 더 명확한 파동성을 띄게 됩니다. 

 

font-family:"맑은 고딕";color:#123456">하지만 아까 언급한 불확정성 원리 때문에, 각각의 경우는 입자성, 파동성이 '강해진' 것처럼 보일 뿐이지 실제로 붕괴 전후로도 그 어떤 것에도 완전히 편향되지는 않습니다. 붕괴는 전혀, 양자 상태를 '확정'할 수 없다는 것 정도는 알아두면 좋겠네요.