양자역학을 아는 사람과 모르는 사람의 차이는 양자역학을 모르는 사람과 원숭이의 차이보다 더 크다. 양자역학을 모르는 사람은 금붕어와 전혀 다를 바가 없다.
_머리 겔만 - <김상욱의 과학공부> 중에서
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그렉 이건Gregory Mark Egan의 소설 『쿼런틴Quarantine』은 난해한 양자역학을 정면으로 다루는 하드SF이다. 우리나라에서 이 책은 이미 절판되었으나 마니아들 사이에 고가로 거래되고 있다. 원래 가격의 두 배는 보통이고, 서너 배를 호가하는 경우도 흔하다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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양자역학의 핵심 원리 첫 번째. 관측이 대상에 영향을 준다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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양자 중첩이란 공존할 수 없는 두 개의 성질을 동시에 갖는 것을 말한다. 웃음이 나오면서 슬플 때 ‘웃프다’는 표현을 쓰는데, 이것은 양자역학의 중첩이 아니다. (더구나 잘못하면 ‘썩소’가 될 수 있으니 주의를 요한다.) 죽어 있으면서 동시에 살아 있을 수 있다면 이것은 중첩이다. 좀비를 말하는 것이 아니다. 말 그대로 살아 있으면서 동시에 죽어 있는 거다.
좀 더 물리학적으로 말해서 당신이 한 순간 두 장소에 동시에 있을 수 있다면 중첩이다. 몸을 둘로 나누라는 말이 아니다. 글자 그대로 하나의 몸이 동시에 두 장소에 있는 것이다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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원자나 전자가 사는 미시세계에서는 중첩이 일상적으로 일어난다. 사실 이 때문에 물리학자들은 일찌감치 돌이킬 수 없는 정신적 충격을 받았다. 앞서 소개한 물리학자들의 어록이 그 결과물이다. 아무튼 동시에 두 장소에 있을 수 있다면 전자 하나로 두 개를 만들고, 그 두 개로 각각 두 개씩, 그러니까 모두 네 개를 만들 수 있다. 이런 식으로 무한히 많은 전자를 만들 수 있다는 말인가? 그렇다면 이건 예수가 했다는 오병이어五餠二魚의 기적이 아닌가! - <김상욱의 과학공부> 중에서
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아무튼 이처럼 관측을 통해 중첩이 깨지며 하나의 상태로 결과가 귀결되는 과정을 ‘파동함수의 붕괴collapse’라고 부른다. 단어가 무척 생소할 거다. 한국어판 『쿼런틴』에서는 ‘붕괴’ 대신 ‘수축’이라고 표기했다. 파동함수란 양자역학이 가질 수 있는 괴상한 상태를 기술하는 수학적 도구이다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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양자역학의 세계에서는 선택이 일어날 때마다 중첩이 생성된다. 짜장면을 먹을까 짬뽕을 먹을까 고민하는 순간, 우주는 이 두 선택의 중첩으로 나뉜다는 말이다. 그렇다면 나의 의지가 중첩과 관계있는 것일까? 진실은 간단하지 않다. 당신이 가만히 있다고 선택을 안 하는 것은 아니다. 당신이 움직일지 가만히 있을지 선택한 결과 가만히 있는 것일 수 있기 때문이다. 결국 매순간 우주의 모든 ‘것’들에서 끊임없이 중첩이 만들어지고 있는 것이다. 그렇다면 이 중첩 상태들은 다 어디에 있는가? 이것은 양자역학이 만들어진 이래 오랫동안 물리학자들을 괴롭혀온 질문이다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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다세계 해석에 따르면 중첩을 이루는 모든 상황들은 동시에 존재한다. 이들은 서로 독립적인 우주이다. 우리는 그 우주들 가운데 하나의 우주에만 살 수 있다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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사실 양자역학의 표준 해석에 따르면 이 경우 전자의 위치는 완전 무작위(!)적으로 결정된다. 양자역학은 특정 결과가 얻어질 확률만을 알려줄 뿐이다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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양자역학의 정통 해석인 코펜하겐 해석에 따르면 내가 관측하여 얻은 결과를 제외한 다른 가능성은 모두 사라져버린다. 내가 짜장면을 먹기로 했다면 짬뽕을 먹는 우주는 사라져버린 것이다. 이것은 형이상학적 문제일 수도 있다. 짬뽕을 먹는 우주가 존재하든 존재하지 않든, 짜장면을 먹는 우주에서는 다른 우주의 존재에 대해 어떤 단서도 얻을 수 없기 때문이다. 아무튼 관측이 다른 가능성을 모두 없애는 것이라 볼 수도 있다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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나의 의식은 우주를 선택한다. 하지만 나의 의식은 자유의지의 산물인가? ‘모드’의 결정은 ‘모드’라는 신경회로의 자유의지인가? 사실 모든 것이 무작위로 정해지는 양자역학의 세계에서 자유의지가 무엇인지는 그리 명확하지 않다. 양자역학에서 자유의지까지 오면 이제 갈 데까지 간 것이다. 수습불가의 상황이란 얘기이다. 작가 그렉 이건은 이 난국을 어떻게 수습했을까? 『쿼런틴』의 마지막 문장이다.
모든 것은 결국 평범한 일상으로 귀속되는 법이다.
그러하다. - <김상욱의 과학공부> 중에서
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