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양자역학에서 관측이란 무엇인가요?

공력민수
23.01.07
·
조회 1293

양자역학에 대해서 아인슈타인이 다음과 같이 말한게 유명합니다.

‘우리가 달을 보고 있지 않다고 해서 그곳에 달이 존재하지 않는가?’

 

이러한 이슈에 대해서 물리학자 스티븐 와인버그는 

양자역학이라는 미시세계에 관측이라는 고전역학적이고, 

거시적인 잣대를 들이밀었기 때문에 아인슈타인의 의문에 대한

보어의 설명 자체에 근본적인 결함이 있다고 말한걸로 알고있습니다.

 

그래서 좀 찾아보다보니 관측이란 개념 자체를 유튜브에서는

‘상호작용'으로 많이 설명하고 있더군요.

상호작용을 하지 않을 때는 중첩된 확률로 존재하다가

상호작용을 하게 되면 비로소 파동함수가 붕괴되어

상태가 결정된다는 식으로요.

 

여기에서 궁금증이 생겼습니다.

중력이 양자화 되어있는지는 모르겠습니다만 

우주에 상호작용을 하지 않는 순간은 없지 않나요?

그래서 저는 먼저 전자 이중슬릿 실험을 생각해봅니다.

전자는 분명히 질량과 전하가 있습니다.

그리고 중력장에 영향을 받고, 전자 주변에는 전기장이 있습니다.

 

비록 입자나 전자기파를 쏘아서 전자를 측정하지 않더라도

이중슬릿을 향해 날아가는 전자는 계속해서 무게 중심이

변하고 있으며, 이 변화한 무게중심을 기준으로 주변 물질들과

끊임없이 중력이라는 상호작용을 주고 받습니다.

또한 반데르발스 힘을 생각해보면 전자의 전기장과

주변 물질은 끊임없이 상호작용을 합니다.

즉, 이중슬릿 실험에서 전자는 상호작용에서 자유롭지 못합니다.

하지만 측정을 하지 않으면 간섭무늬가 나타나고

측정을 하면 나타나지 않았다고 합니다.

 

이것이 무엇을 의미하는지 궁금합니다.

짧은 제 생각에는 관측은 측정이 아니라 외력 혹은 교란으로

보아야하고, 교란의 강도에 의해 파동함수가 붕괴할수도

그렇지 않을 수도 있다고 보는게 타당한 것 갈은데요

이러한 시선이 일반적인가요?

만약 그렇다면 교란에 의한 파동함수 붕괴는 교란의 강도에 따라

계단함수처럼 붕괴하나요 로직스틱 커브처럼 붕괴하나요?

여러분들의 고견 듣고 싶습니다.

감사합니다.

댓글
newport
23.01.07
양자상태라는 것은 측정과 밀접하게 관련있습니다. 전자가 다른 물질과 중력과 전기장을 통해 상호작용을 하고 있지만, 이중슬릿에 통과할때 위쪽 슬릿으로 들어가는지 아래쪽 슬릿으로 들어가는지는 모릅니다. 그래서 이 때 위쪽 슬릿을 통과하는 양자상태와 아래쪽 슬릿을 통과하는 양자상태가 linear combination 되어 있습니다.
공력민수 글쓴이
23.01.07
중력의 강도는 거리와 관련이 있으니까 원론적으로는 중력을 정밀하게 측정할 수 있다면 어느 슬릿으로 들어간지 알 수 있는게 아닌가 궁금합니다. 비록 현 시대에 그런 측정 장치를 만들 수 있는 기술력은 없지만요
슈윙거팬티도둑파인만
23.01.07
quantum decoherence라고 글쓴 횐님의 생각과 가장 비슷한(그리고 개인적인 관점에서 가장 맞다고 보는) 해석이 있습니다. 다만 아직 이 문제에 대해서는 학자들 간의 합치가 이루어지지는 않았네요.
그럼에도 그 정도까지 생각하셨으면 현재까지 밝혀진 모든 현상을 이해하는 데에는 별 무리가 없다고 봅니다. 실험과 양자 해석은 서로 상당히 동떨어진 문제거든요. 심지어 현재 물리 이론 최고봉인 qft가 상당히 견고함과 동시에 현상에 대한 상세한 내부 과정을 제공하는 이론이라서 양자 해석이라는 새로운 상상의 나래를 펼칠 이유도 딱히 없어집니다.
고로 이제... 입자 하실?
공력민수 글쓴이
23.01.07
감사합니다 페이퍼 한 번 읽어보겠습니다. 근데 학위과정 또 하긴 좀...ㅋㅋㅋㅋ
잉어와붕어
23.01.07
흥미롭긴 한데 질문들이 너무 캐주얼하네요. 샘플사이즈를 좀 더 키우고 질문들도 좀 더 가다듬으면 더 흥미로워질것 같네요
슈윙거팬티도둑파인만
23.01.07
ㅋㅋㅋㅋ...
그리고 첫번째 댓글에 다신 질문에 대한 나름의 의견을 더하자면, 어떤 슬릿에서 전자가 나왔는지를 구분(혹은 분해)할 수 있는 정도의 장치는 필연적으로 전자에게 큰 상호작용을 가할 수 밖에 없을 것 같습니다.
중력으로 예를 들으셨는데, 관측계와 전자 사이의 중력이 분해 가능한 정도의 세기가 되려면 관측계가 매우매우 무거워야 할 것이고, 그러면 관측계도 전자에게 강한 중력을 가할 수 밖에 없죠. 만약 힘이 너무 약하다면 그 힘을 관측하는 데에 에너지-시간 불확정성에 의해 시간이 너무 많이 들고 따라서 슬릿 차에 따른 시그널 분해가 힘들겠죠.
여러모로 빡치는 이론이긴 합니다. 온갖 방법으로 정당화가 가능한지라...
@공력민수
공력민수 글쓴이
23.01.07
중력을 생각했던건 입자 사이에서 정확한 위치 기반의 상호작용이 일어나는 것 같다는 사유에서 비롯된거다보니까 팬티도둑님이 말씀해주신 것처럼 중력으로 우리가 파티클의 위치를 측정하기는 힘들거라는데에 동감합니다. 물론 입자들은 서로의 정확한 위치를 알고있겠지만요. (그래야만 중력의 크기가 특정되지 않을까용)
만약에 저 견해가 맞는지 실험을 해본다면 전기장을 세기를 달리하면서 걸어볼 것 같긴 해용. 전하량와 거리를 조절하면 아주 작은 힘부터 큰 힘까지 테스트할 수 있지 않을까하는 상상을 해봅니다.
@슈윙거팬티도둑파인만
잉어와붕어
23.01.07
우리가 다루는 파동함수는 측정가능한 물리량에 한해서만 설명합니다. 측정 불가능한 물리량의 파동함수에 대해 궁금해 하시는 것 같은데 아직 밝혀진 바가 없습니다.
공력민수 글쓴이
23.01.07
양자역학의 세계는 어려우면서도 갈 길이 많이 남아있군요 ㅜㅜㅜ 누가 해결해줬으면 좋겠어요
슈뢰딩거의이병건
23.01.07
궤도님이 이 글을 보면 정말 좋아하실것같아요
다들 수준이ㄷㄷ
nitride
23.01.07
양자역학에서 측정은 양자상태에 사영연산자(projection operator)를 가하는 것으로 가정하곤 합니다. 사영연산자를 가하면 양자상태는 고유상태로 불연속적으로 변합니다. 이러한 측면에서 볼때 오늘날 통용되는 해석은 파동함수가 계단과 같은 형식으로 붕괴한다는 해석입니다. 그 외에 사영연산자 말고 다른 방법으로 측정을 정의해서 파동함수가 연속적으로 붕괴한다는 이론도 존재하긴 합니다.
공력민수 글쓴이
23.01.07
1. 현재 quantum field theory가 주류이며, 해석이 어쩌면 더 이상 중요한 이슈가 아닐지도 모른다는 것
2. 측정이란 projection operator를 가하는 것으로 주로 가정되어 step function처럼 붕괴한다는 해석이 주로 통용된다는 것
3. 양자 컴퓨터에서는 상호 작용하지 않는 관측을 이용한다는 것
모두 새롭게 알게된 내용들이네요. 답변 남겨주신 모든 분들께 감사의 인사를 드립니다.
언젠가 시간이 된다면 물리학의 기초부터 시작해서 알아가보고 싶네요.
바다바다
23.01.08
제게도 큰 도움이 되었습니다 감사합니다

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