예전에 슈뢰딩거의 고양이에 대한 포스팅을 한 적이 있다.
여담으로 간략하게 2탄, 3탄도 작성한 적이 있다.
2탄에서는 entanglement 의 시각으로
3탄은 그냥 동명의 책 소개[물리학 실험 소개] 를 중심으로 두고 전개하였다.
오늘은 오스트리아의 물리학자 Anton Zeilinger 의 C_60 실험을 소개해 보려고 한다.
일단 간략하게 슈뢰딩거의 고양이 문제를 다시 복습하자면
두 개의 상태를 (A,B) 를 가지는 시스템을 생각하고, A 상태에 있으면 고양이가 살고 B 상태에 있으면 고양이가 죽는다고 하자. 그리고 이 시스템에 양자역학적 가정을 더하여, 시스템의 상태를 확인하기 전까지는 A,B 상태가 동시에 공존할 수 있도록 하자.
이 시스템에 의하면 고양이가 살아있을 혹은 죽어있을 상태는 확률로 존재한다. 즉 A 상태와 B 상태가 공존한다.
고전역학에서는 이러한 확률론적 해석은 존재할 수 없기에 양자역학과 고전역학의 상충을 보여주는 가장 유명한 문제이다. 즉 이 문제는 우리 우주가 양자역학을 따르느냐 고전역학을 따르느냐를 다투는 그런 문제이다. [ 더 크게 본다면 빛이 파동이냐 입자냐 하는 문제와도 관련있다.]
이 문제를 그냥 이론적, 원본적 접근을 가지고만 접근한다면, 정말 우주가 어떤 원리를 따르는지 알 수 없다. 물리란 학문이 그렇듯이 실험을 통해 검증되어야 그 이론의 신빙성이 생긴다.
차일링거는 C_60 를 이용하여
실험을 통해 슈뢰딩거의 고양이 문제를 접근했다.
일종의 이중슬릿 실험이다.
그리고 이 실험을 통해 c60 분자의 파동성을 확인했고, 양자역학이 옳다는 것을 보였다.
그러나 이는 고전역학이 틀리다는 것을 말해주지 않는다.
바로 양자역학의 전제조건인, 양자붕괴 현상 때문이다.
양자역학에서 한번 관측을 하기 시작하면, 그 관측한 상태로 decay 가 일어나 그 뒤로부터는 상태가 고정이 되어 버린다. 즉 한번 관측이 일어나면 양자역학은 고전역학의 법칙을 따른다는 것이다.
c60의 실험의 경우 역시, 한번 관측이 일어나면, 이중슬릿을 통과한 분자는 고전역학의 결과처럼 두개의 줄무니만 나오게 된다. [여기서 관측이란 주변 시스템, [여기서는 공기분자] 와의 접촉을 말한다.] 실험에서는 압력을 조절하여 상태를 고전역학적/양자역학적 으로 만들 수 있었다.
즉 현실 상태에서는 이러한 [이런 것을 decoherence라 한다] decoherence 상태가 항상 일어나기에
거시적 관점에서는 고전역학을 따르게 된다.
[이러한 양자 붕괴에 대해서는
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글과 관련 글들을 보면 이해하기 쉬울 것이고
또 양자얽힘 혹은 decoherence 에 대해서는
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[암호화폐가 100% 망한다고? 양자 컴퓨터와 블록체인 보안 이야기] Chapter 2. 놀라운 자연의 마법, 양자 중첩/얽힘/순간이동
글들을 보면 이해하기 쉬울 것이다.]