고전이론을 흔드는 새로운 양자역설이 발견되다

나무가 숲에 쓰러지고 아무도들을 수 없다면 소리가 나는가

아마도 그렇지 않을 수도 있습니다. 그리고 누군가 가 그것을 듣고 있다면? 당신이 그것을 분명히 그 수단을 생각한다면, 그 의견을 수정해야 할 수도 있습니다. 양자 역학에서 새로운 역설을 발견했습니다. 두 가지 가장 근본적인 과학 이론 중 하나이자 아인슈타인의 상대성 이론과 함께 물리적 현실에 대한 상식적인 생각에 의문을 제기합니다. 양자 역학의 대 상식 다음 세 가지 진술을 살펴보십시오. 누군가 사건이 발생하는 것을 관찰하면 실제로 일어난 일입니다. 자유 선택을 하거나 적어도 통계적으로 무작위 선택을 할 수 있습니다. 한 곳에서 한 선택은 먼 이벤트에 즉시 영향을 미칠 수 없습니다. 이것들은 모두 직관적인 아이디어이며 물리학 자들도 널리 믿고 있습니다. 그러나 연구는 그것들이 모두 사실 일 수는 없으며 양자 역학 자체가 어느 정도 수준에서 무너져야 한다는 것을 보여줍니다. 이것은 현실에 대한 우리의 생각을 뒤집어 놓은 양자 역학의 긴 일련의 발견에서 가장 강력한 결과입니다. 이것이 왜 그렇게 중요한지 이해하기 위해이 역사를 살펴보겠습니다. 양자 역학은 원자나 빛의 입자 (광자)와 같은 작은 물체의 동작을 설명하는 데 매우 효과적입니다. 하지만 그 행동은 매우 이상합니다. 많은 경우 양자 이론은 "지금이 입자가 어디에 있는가?"와 같은 질문에 대한 명확한 답을 제공하지 않습니다. 대신 입자가 관찰될 때 발견될 수 있는 확률만 제공합니다. 100 년 전 이론의 창시자 중 한 명인 닐스 보어에게 그것은 정보가 부족해서가 아니라 "위치"와 같은 물리적 특성이 측정될 때까지 실제로 존재하지 않기 때문입니다. 게다가 위치와 속도와 같은 입자의 일부 속성은 동시에 완벽하게 관찰할 수 없기 때문에 동시에 실제 일 수 없습니다. 알버트 아인슈타인이 이 아이디어를 인정할 수 없다고 생각한 사람도 마찬가지입니다. 동료 이론가 들의 1935년 기사에서 그는 양자 역학이 설명할 수 있는 것보다 더 많은 것이 현실에 있어야 한다고 주장했습니다. 이 기사는 현재 "얽힌"상태로 알려진 특수 상태의 한 쌍의 먼 입자를 고려했습니다. 얽힌 두 입자에서 동일한 속성이 측정될 때 결과는 무작위이지만 각 입자의 결과 간에는 상관관계가 있습니다. 예를 들어 첫 번째 입자의 위치를 측정하는 관찰자는 멀리 있는 입자의 위치를 터치하지 않고도 측정한 결과를 완벽하게 예측할 수 있습니다. 또는 관찰자는 대신 속도를 예측하도록 선택할 수 있습니다. 이것은 자연적인 설명을 가지고 있다고 그들은 보어의 해석과는 반대로 측정되기 전에 두 속성이 모두 존재한다고 주장했습니다. 그러나, 1964년 북 아일랜드의 물리학 자 존 벨은 발견 당신은 좀 더 복잡한 조합을 수행하는 경우 아인슈타인의 인수가 결렬 서로 다른 두 개의 입자에 대한 측정을 벨은 두 관찰자가 위치 또는 속도와 같은 입자의 하나 또는 다른 속성을 측정하는 것 중에서 무작위로 독립적으로 선택하면 위치와 속도가 모두 이미 존재하는 국소 속성 인 이론에서는 평균 결과를 설명할 수 없음을 보여주었습니다. 실험은 이제 벨의 상관관계가 발생한다는 결론을 내렸습니다. 많은 물리학 자들에게 이것은 보어가 옳았다는 증거입니다. 물리적 특성은 측정될 때까지 존재하지 않습니다. 그러나 그것은 중요한 질문을 제기합니다. "측정"이 무엇이 그렇게 특별한가? 1961년 헝가리 계 미국인 이론 물리학 자 와이그너는 측정 개념에 대해 무엇이 그렇게 까다로운지 보여주는 사고 실험을 고안했습니다. 그는 친구가 밀폐된 실험실에 들어가 양자 입자에 대한 측정을 수행하는 상황을 고려했습니다. 그러나 와이그너는 이러한 상황을 외부에서 설명하기 위해 양자 역학 방정식을 적용하면 결과가 상당히 다르다는 것을 알아차렸습니다. 친구의 측정이 입자의 위치를 실제로 만드는 대신, 와이그너의 관점에서 친구는 입자와 얽히고 그것을 둘러싼 불확실성에 감염됩니다. 이것은 슈뢰딩거의 유명한 고양이와 유사합니다. 와이그너에게 이것은 어리석은 결론이었습니다. 대신 그는 관찰자의 의식이 개입되면 얽힘 이 "붕괴"되어 친구의 관찰이 확실하게 될 것이라고 믿었습니다. 하지만 와이그너가 틀렸다면 어떨까요? 우리의 실험 우리의 연구에서 우리는 비엔나 대학의 카 슬라브 브루크너가 처음 제안한 와이그너의 친구 역설의 확장 버전을 구축했습니다. 우리의 실험은 다음과 같이 진행됩니다. 친구들이 실험실에 들어가 입자를 측정합니다. 얼마 후 앨리스와 밥은 각각 동전을 던졌습니다. 머리면 문을 열고 친구에게 무엇을 봤는지 물어봅니다. 꼬리면 다른 측정을 수행합니다. 이 다른 측정은 찰리가 아이그너가 계산 한 방식으로 관찰된 입자와 얽힌 경우 앨리스에게 항상 긍정적인 결과를 제공합니다. 밥과 데비도 마찬가지입니다. 그러나 이 측정이 실현되면 실험실 내에서 친구의 관찰 기록이 외부 세계에 도달하지 못하도록 차단됩니다. 찰리 또는 데비는 마치 전체 마취에서 깨어난 것처럼 실험실 내부에서 아무것도 본 기억이 없습니다. 그러나 그들이 그것을 기억하지 못하더라도 실제로 일어났습니까? 이 기사의 시작 부분에 있는 세 가지 직관적인 아이디어가 맞다면 앨리스나 밥이 나중에 문을 열기로 결정했는지 여부와 관계없이 각 친구는 실험실에서 측정에 대한 실제적이고 독특한 결과를 보았습니다. 또한 앨리스와 찰리가 보는 것은 밥의 먼 동전이 어떻게 착륙하는지에 따라 달라서는 안되며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이것이 사실이라면 앨리스와 밥이 결과 사이에서 기대할 수 있는 상관관계에 한계가 있음을 보여주었습니다. 또한 양자 역학은 앨리스와 밥이 이러한 한계를 넘어서는 상관관계를 볼 것이라고 예측했습니다. 다음으로, 우리는 얽힌 광자 쌍을 사용하여 양자 역학적 예측을 확인하는 실험을 수행했습니다. 각 친구의 측정 역할은 "편광"이라고 하는 광자의 속성에 따라 각 광자가 설정에서 취할 수 있는 두 경로 중 하나에 의해 수행되었습니다. 즉, 경로는 편광을 "측정"합니다. 우리의 실험은 "친구"가 매우 작고 단순하기 때문에 실제로 원리의 증거 일뿐입니다. 그러나 그것은 더 복잡한 관찰자들에게도 동일한 결과가 나타날지에 대한 의문을 열어줍니다. 실제 인간으로는 이 실험을 결코 할 수 없을 것입니다. 그러나 우리는 "친구"가 거대한 양자 컴퓨터에서 실행되는 인간 수준의 인공 지능이라면 언젠가는 결정적인 시연을 만들 수 있을 것이라고 주장합니다. 결정적인 테스트는 수십 년이 걸릴 수 있지만 양자 역학적 예측이 계속 유지된다면 이것은 현실에 대한 우리의 이해에 강력한 영향을 미칩니다. 벨 상관관계보다 훨씬 더 그렇습니다. 첫째, 우리가 발견 한 상관관계는 측정될 때까지 물리적 특성이 존재하지 않는다고 말하는 것만으로는 설명할 수 없습니다. 이제 측정 결과 자체의 절대 현실이 의문을 제기합니다. 우리의 결과는 물리학 자들이 측정 문제를 정면으로 다루도록 강요합니다. 실험이 확장되지 않고 양자 역학이 소위 " 객관적 붕괴 이론 "으로 넘어가 거나, 세 가지 상식적 가정 중 하나가 거부되어야 합니다.. 디브로 이-봄과 같은 이론은 "원거리에서의 행동"을 가정하며, 행동은 우주의 다른 곳에서 즉각적인 효과를 가질 수 있습니다. 그러나 이것은 아인슈타인의 상대성 이론과 직접 충돌합니다. 어떤 사람들은 선택의 자유를 거부하는 이론을 찾고 있지만, 그들은 역방향 인과 관계를 요구하거나 "초 결정론"이라고 불리는 겉보기에 음모적인 운명론 형태를 요구합니다. 갈등을 해결하는 또 다른 방법은 아인슈타인의 이론을 더욱 상대적으로 만드는 것입니다. 아인슈타인의 경우, 다른 관측에 대해 동의할 수 때 또는 어디에서 어떤 일이 하지만 어떤 일이 절대 사실이었다입니다. 그러나 관계형 양자 역학 , 큐비즘 또는 다 세계 해석과 같은 일부 해석에서는 이벤트 자체가 한 명 이상의 관찰자에 대해서만 발생할 수 있습니다. 누군가가 관찰 한 쓰러진 나무는 다른 모든 사람에게 사실이 아닐 수 있습니다. 이 모든 것이 자신의 현실을 선택할 수 있음을 의미하지는 않습니다. 첫째, 어떤 질문을 할 것인지 선택할 수 있지만 대답은 세상에서 주어지는 것입니다. 그리고 관계형 세계에서도 두 관찰자가 소통할 때 그들의 현실은 얽혀 있습니다. 이런 식으로 공유 현실이 나타날 수 있습니다. 즉, 우리 둘 다 같은 나무가 쓰러지는 것을 목격하고 당신이 그것을 들을 수 없다고 말하면 보청기가 필요할 수도 있습니다.