퀀텀 리얼리티

“ 아마도 우리의 과학적 서술은 우리 자신이 그 안에 깊숙하고 확고하게 자리 잡지 않는 한 완벽하지 않다는 것을 인정할 필요가 있다. 2002년에 칼턴 케이브스, 크리스토퍼 푹스, 뤼디거 샤크는 바로 이런 작업을 해보기로 했다. 그들은 양자역학 안의 주관적 요소들을 부인하지 않고 포용했다. ”

“ 이러한 해석을 ‘양자베이지어니즘’이라고 하며 줄여서 큐비즘이라고 부른다. 큐비즘은 완전히 주관적이다. 큐비스트들은 양자역학을 “사용자들이 세상과 상호 작용을 하여 세상에 대한 경험을 예측, 통제, 이해할 수 있도록 도와주는 지적 도구”라고 본다. ”

“ 양자 세상에 접근하지 못하는 이유에 대해, 코펜하겐 해석은 고전적 언어와 도구 때문이라고 주장한다. 로벨리의 관계론적 해석은 양자 상태가 물리적인 의미를 얻으려면 양자 상태와의 관계를 수립해야 하기 때문이라고 설명하다. 정보 기반 해석도 마찬가지다. 일관된 또는 결어긋난 과거 해석에서는 모든 양자 사건이 확률적이며 ‘올바른’ 기틀을 결정할 규칙이 부족하기 때문이라고 책임을 돌린다. 큐비즘에서는 경험을 넘어서는 모든 물리에 대한 접근이 원칙적으로 불가능하다. ”

“ 우리는 여기에서 양자역학이 벨의 부등식을 위반한다는 사실을 발견할 수 있다. 이를 통해 원자 A와 B 사이의 얽힘 범위가 국소적 숨은 변수 이론이 허용하는 것보다 가끔은 더 크고 가끔은 더 적을 수 있다는 사실을 예측할 수 있다. … EPR은 얽힌 입자 한 쌍을 가지고 하는 사고실험으로 양자역학의 불완전성을 보여주기 위해 노력했다. 파동 함수의 실재론적 해석을 선택하고 입자들이 국소적인 실체이며 이 입자에 대한 측정이 저 입자의 측정 결과에 영향을 미칠 방법이 전혀 없다고 가정한다면, 분명히 뭔가가 빠진 게 있다. 봄과 아하로노프는 이 사고실험을 실제 실험으로 개조할 방법을 모색했다. 벨은 한 걸음 더 나아가 완전히 새로운 우회로를 도입하고 벨의 부등식을 고안했다. ”

“ 그래서 봄은 슈뢰딩거의 파동 방정식을 개조하기 시작했다. 봄은 공간을 가로지르는 실제 경로를 따르는 실제 입자가 존재하고, 입자의 운동이 ‘안내 조건’을 통해 파동에 묶여 있으며 이것으로 입자의 속도가 결정된다고 가정했다. … 봄은 곧 자신이 드브로이 파일럿 파동 이론을 재발견했다는 것을 깨달았다. 이 접근법은 현재 ‘드브로이-봄 이론’ 또는 ‘봄 역학’이라고 불린다. … 드브로이-봄 해석에서 파동 함수는 단순히 바탕의 숨은 실체가 만들어낸 통계적 행동을 요약하는 편리한 방법에 그치지 않고 그 자체로 서술되는 실체의 일부다. ”

“ 지난 세월 동안 과학은 관련이 없거나 불필요한 형이상학적 요소들을 스스로 잘 제거해왔다. … 설령 1927년에 드브로이-봄 이론 같은 해석이 사람들의 선택을 받았다 해도 이렇게 복잡하고 다루기 까다로운 형태로는 살아남기 어려웠으리라 생각한다. 인과론과 결정론을 별로 고민하지 않는 실용주의적 물리학자들과 해석이나 의미에 덜 집착하는 물리학자들이라면, 계산을 효율적으로 하기 위해 이론의 불필요한 요소들을 신속히 제거했을 것이다. ”

“ 우리는 다시 체계를 바라보고 공격할 만한 취약성을 찾으려 노력한다. 그리고 다시 한번, 관심의 초점을 맞출 만한 곳은 양자 측정 과정, 파동 함수의 붕괴, 양자와 고전 세상 사이의 ‘고약한 단절’ 정도가 될 것이다. 벨은 양자 측정의 실재론적 해석에 대한 불편함을 1990년 발표한 글에서 완벽하게 요약했다. “어떤 물리계에 ‘측정자’ 역할을 할 자격을 부여하는 것은 정확히 무엇일까? 우주의 파동 함수는 도약하기 위해 지구상에 단세포 생물이 등장할 때까지 수천 년을 기다려온 것일까? 아니면 박사 학위를 가진 좀 나은 생물이 등장할 때까지 기다려야 했나?” ”

“ 이 실험들은 우리가 지금까지 파동 함수의 붕괴하고 생각했던 것이 철학적 또는 수학적 추상이 아니라 실제로 관찰할 수 있고 정량화할 수 있는 진짜 물리적 과정이라는 사실을 보여준다. … 이제는 이게 진짜 물리적 과정처럼 느껴지기 시작한다. 그렇다면 파동함수의 붕괴에 대한 물리적 설명으로 양자 측정 문제도 해결해야 한다. 그리고 더 중요한 것은, 파동함수의 붕괴가 실제 물리적 사건이라면 파동 함수 자체도 실체라는 의미가 되어야 한다. 어떻게 아닐 수가 있는가? 결맞음 상태의 강도를 낮출 물리적 무언가가 당연히 존재해야 한다. … 안타깝게도 벨의 주장대로 결어긋남은 측정 문제를 해결하지 못한다. 결어긋남은 측정 장치와 그 주변 환경 안에서 어마어마하게 많은 상태로 희석시켜 간섭항을 억제한다. ”

“ 중력의 양자 이론이 우리를 구원할 수 있을까? 고전적 중력이 먼 거리에서 가하는 작용은 일반 상대성 이론에서 휘어진 시공간으로 대체된다. 시공간의 곡률은 그 안에 존재하는 질량-에너지의 밀도와 관련이 있다. 휠러는 여기에 대해 “시공간은 물질에 어떻게 움직이는지를 말해주고 물질은 시공간에 어떻게 휘어져야 하는지를 알려준다”라는 식으로 설명했다. 이 논리를 바탕으로 파인먼을 필두로 한 여러 물리학자는 시공간 구조 자체가 양자역학 안에서 어떤 역할을 맡고 있을 수 있다고 제안했다. ”

“ 1987년 라조스 디오시, 이후 1996년 로저 펜로즈는 앞서와는 다른 자발적 붕괴 메커니즘을 제안했다. 이 이론은 현재 디오시-펜로즈 이론으로 불린다. 그들은 특정 시공간 곡률의 영역과 만나면 중첩이 무너지기 시작하고 궁극적으로 붕괴해 특정 양자 상태가 된다고 주장한다. 결어긋남과 GRW 이론에서는 입자의 개수가 붕괴의 열쇠를 쥐고 있지만 디오시-펜로즈 이론에서는 주위 시공간 곡률의 범위를 결정하는 질량-에너지 밀도가 중요한 역할을 한다. 펜로즈는 그의 유명한 책 <황제의 새 마음>에서 이렇게 썼다. 내가 볼 때 ‘상당한‘ 크기의 시공간 곡률이 도입되는 순간 양자 선형 중첩의 규칙들은 틀림없이 깨진다. 바로 이 순간에 여러 대안 상태의 복소 선형 중첩은 확률 가중치를 갖는 하나의 대안으로 대체된다. 대안 가운데 하나가 실제로 일어나는 것이다. ”

“ 상당히 깔끔한 이야기다. 양자 규모에서는 중력(시공간의 휘어짐) 효과가 아주 미미하다. 따라서 파동 수는 슈뢰딩거의 방정식에 따라 자유롭게 변화한다. 그러나 파동 함수가 고전적인 측정 도구를 만날 때는 중력 효과가 훨씬 더 중요해진다. 물론 양자계는 지구의 중력장 안에 자리 잡은 실험실 안에서 만들어지므로, 펜로즈는 두 상황의 시공간 곡률 차이 때문에 붕괴가 일어난다고 했다. ”

“ 팬로즈는 최근에 발간된 <패션, 신앙 그리고 판타지>에서 이런 아이디어들을 검중하는 ‘현재 진행 중인 제안들’을 요약 정리했다. 그중 하나가 궤도 위성에 설치하는 거시 양자 공진기MAQRO인데, 사물의 중첩에 대한 영자역학의 여러 예측을 1억 개 이상의 원자들로 검증하는 것을 목표로 하고 있다. ”

“ 그러나 그가 내놓은 이 문제의 해답은 상당히 단순했다. 과정 2로 서술되는 양자역학이 고전적 측정 장치에도 마찬가지로 잘 적용된다면, 인간의 감각 기관과 뇌의 연결, 뇌 자체의 기능에서 양자역학을 적용하지 못할 아무런 이유가 없다. 실험실 천장에는 계기판 화면을 비추는 조명이 달려 있고 계기판에 반사된 빛 일부가 모여서 관찰자의 망막에 초점을 맞출 것이다. 이 빛은 관찰자의 시신경에 전기 신호를 일으키고 이 신호가 관찰자의 뇌 뒤쪽에 있는 시각령으로 전달된다. ”

“ 그렇다면 의식이 있는 존재는 양자역학에서 생명 없는 측정 장치와는 다른 역할을 맡은 게 틀림없다는 결론에 이르게 된다……. 이것을 정통 양자역학의 관점에서 모순으로 볼 필요는 없다. 내 친구의 의식이 불빛을 본 것 같은 느낌이 들었는지 아닌지가 무의미하다고 믿는다면 모순은 없다. 그러나 친구의 의식을 어느 정도 부인하는 것은 분명히 부자연스러운 태도이고, 유아론에 접근하는 것이며, 여기에 진심으로 동의하는 사람은 것의 없을 것이다. 이것이 위그너의 친구 패러독스다. 이 모순을 해결하려면 파동 함수의 비가역적 붕괴가 불빛을 접한 첫 번째 의식을 통해 일어난다고 가정해야 하는 것이다. ”

“ 관찰 전에는 하나의 관찰자 상태였던 반면, 관찰 이후에는 관찰자에 대한 다수의 상태가 중첩되어 발생했다. 이들 각각의 상태는 하나의 관찰자에 대한 상태이므로, 우리는 다양한 상태가 서술하는 다양한 관찰자에 대해 말할 수 있다. 반면 포함된 물리계는 동일하므로, 이러한 관점에서 이들은 같은 관찰자로서 다양의 중첩의 요소에 대해 다양한 상태 안에 있는 것이다. 에버렛은 관찰자가 두 가지 결과를 동시에 경험하는 의식의 중첩에 들어간 것이 아니라 관찰자가 서로 다른 상태로 ‘갈라진다’고 제안한 것이다. ”