어제 쓴 글의 후속편입니다.
상대성이론과 양자역학을 버무려서 시간을 이야기하다가, 우주의 모든 것을 설명하려고 하는 Theory Of Everything(TOE)까지 이야기했었죠?
그리고 그 과정에서 다음과 같은 것들이 도출되었습니다.
1. 속도에는 최고 속도가 있다 (광속)
2. 모든 입자는 기본적으로 같은 녀석이고, 다만 그 진동수의 차이만 있다
3. 시간에는 최소 단위가 있다(플랑크 시간)
4. 길이에는 최소 단위가 있다(플랑크 길이)
5. 무게에는 최소 단위가 있다(플랑크 무게)
6. 밀도에는 최대 단위가 있다(블랙홀)
7. 속도가 빨라지면, 시간이 느려진다
8. 입자가 많아지면, 시간이 느려진다
9. 관측되지 않을 때는 파동으로 존재한다
10. 상호작용이 일어나면 입자로 변환된다
자아, 여기에 오늘은 두가지 중요한 것들을 더 추가하려고 합니다.
하나는 양자 얽힘(Quantum Entanglement)입니다.
특정한 두개의 입자가 얽힘 상태가 되면, 아무리 멀리 떨어져 있어도 한쪽의 스핀값이 결정되면 반대쪽은 그 반대로 결정된다라는 이야기인데요.
이걸 이해하려면 스핀이 뭔지부터 알아야겠죠?
어떤 자기장이 주어지면 그 자기장에 대해 왼쪽으로 돌거나 오른쪽으로 돌아야 합니다. 이걸 스핀이라고 합니다.
특정한 입자들은 붕괴(분리?) 후 서로 반대되는 스핀을 가지게 되는데, 이를 얽힘이라고 합니다.
이 얽힘 상태의 두 입자는 사실 관측하기 전에는 우스핀인지 좌스핀인지 알 수가 없습니다. 그래서 관측을 하지 않은 상태에서 아주 멀리 떨어뜨려 놓고 한쪽을 관측합니다. 그랬을 때 반대쪽이 그 반대 스핀인지 나중에 확인해보면, 이 동시성을 만족하는지 확인하면 됩니다.
그런데, 이걸 확인해보면 거리가 아무리 멀어도, 심지어 광속보다 빠르게 한쪽의 스핀이 결정되면 반대쪽 스핀이 결정됩니다.
어라? 어떤 정보도 빛의 속도보다 빠를 수 없는데 이게 뭐죠?
양자역학은 사실 인간이 이해하기엔 어려운 녀석임이 분명합니다만, 그래도 이건 아니자나요?
그런데, 이 현상은 이미 코펜하겐 해석이라고 닐스 보어와 하이젠베르크에 의해 예견된 현상입니다. 요약하면 다음과 같습니다.
"관측전에는 여러가지 상태가 확률적으로 겹쳐있다가, 측정하면 파동함수의 붕괴가 일어나서 하나의 상태로 결정된다"
아니 이게 무슨 말인가요? 좌향좌인지 우향우인지가 결정되어 있지 않고 측정시에 결정된다구요? 확률적으로 결정되는 것도 아니고 측정시에요?
여기에서 유명한 슈뢰딩거의 고양이가 나옵니다.
상태중첩. 그러니까 좌향좌이면서 우향우인 녀석이 있는데 측정시에 한쪽으로 결정된다.
거기에 더해서 양자얽힘은 한쪽이 측정되면 다른쪽은 동시에 반대쪽으로 결정된다.
이건 기존의 고전역학은 물론 상대성이론의 근간까지도 흔들었고, 덕분에 닐스 보어와 아인슈타인은 피터지게 설전을 벌입니다.
"신은 주사위를 던지지 않는다" 이게 일석이횽의 반격이었지만, 양자역학은 주사위는 1~6까지 다 가능한데 우리가 보면 그 중의 하나의 눈이 된다라고 받아친거죠.
거기에 더해서 일석이횽은 죽을 때까지 그 앙심을 품고 GUT로 복수하려고 했지만 실패했죠.
여기서 잠시 코펜하겐 해석이 뭔지 전체를 한번 보죠. (경천동지할 내용들입니다) => 이 해석도 사실 미세하게 다른 분파들이 있어요
>> 양자시스템은 파동함수로 기술된다
>> 관측자가 양자계에 대해 정보를 가져오면 파동 함수가 붕괴하여 불연속성을 가져온다
>> 모든 물리량은 관측할 때만 의미가 있고 물리량들은 동시에 정확하게 측정할 수 없고, 그 한계가 존재한다
>> 양자시스템에서 모든 물질은 파동이면서 입자다. 그렇지만 동시에 두가지 성질을 가지지 않는다 (상호보완성의 원리)
>> 양자시스템은 대상이 거시계가 될 수록 고전역학에 가까워진다
>> 양자시스템은 nonlocal property다 (EPR역설, 양자얽힘과 관련있습니다)
>> 양자시시템의 모든 상태는 확률적이고 파동함수의 절대값을 취해 제곱하면 확률밀도함수가 된다
이게 무슨 말인지 다 이해하려면 양자역학 기초를 다 들어야 하겠지만, 여기서는 주제에 맞는 것만 짚어볼께요.
파동함수가 뭐냐? 라고 하면
(c는 파동의 속도, 는 위치 x에 대한 라플라스 연산자, t는 시간)
요곱니다.
이 파동함수를 1차원의 선에 적용하면 다음과 같이 됩니다.
그냥 파동이 움직이는 거죠?
이 함수를 2차원의 면에 적용하면 다음과 같이 됩니다.
그러니까, 양자시스템은 이런 파동으로 이해할 수 있다라는 거죠.
그런데 파동의 특징이, 특정한 점을 놓고 보면 계속 변하잖아요? 저 가운데 점을 보세요. 일정한 값이 아닙니다. 그런데, 우리가 관측하면, 이 파동함수가 붕괴되어서 입자처럼 한 값으로 고정된다라는 겁니다.
어떤가요? 조금은 양자시스템이 이해가 가시나요?
자, 이걸로 양자얽힘을 보자면, 두 개의 위상이 반대인 입자가 생성되었다 이거죠. 그러면 파동함수상태지만, 위상이 반대인 놈이 두개가 있는 거겠죠? 그런데 이 둘을 떼어놓고 저 멀리서 한쪽을 관측했더니, 그 파동이 붕괴되어 한쪽으로 결정되었다는 것이고, 반대쪽 놈이 동시에 파동이 붕괴되어 반대의 값으로 결정되는 겁니다.
빛보다 빠르게 말이죠.
아니 빛보다 빠른 건 없다면서요? 왜 빛보다 빠르죠?
그래서 이걸 EPR Paradox(아인슈타인-포돌스키-로젠 파라독스/Einstein-Podolsky-Rosen Paradox)라고 부릅니다.
이게 사실 오늘 이야기할 시뮬레이션 우주론의 입구입니다. 엄청 복잡하게 이야기했지만, 간단하게 이야기하면 이겁니다.
"아니 빛보다 빠른게 없는데, 어째서 빛보다 빠르게 정보가 공유되죠? 상대성이론도 다 구란가요?"
자자, 진정하시구요.
자아, 여기에서 우리는 별의별 상상력이 떠오르게 됩니다.
"빛의 속도보다 빠르면 시간을 앞지를 수 있는 거 아닌가요? 그걸 이용하면 빛보다 빠른 통신이 가능하겠네요? 그러면 지난 주의 나에게 로또 복권 번호를 송신하면 되겠..."
아직까지는 양자얽힘을 이용한 정보교류가 가능한지에 대해 밝혀진 바가 없습니다. 아니, 불가능할지도 모릅니다.
하지만, 이 결과에서 우리가 얻은 것이 하나 있습니다.
"이 우주는 정보를 교류하는 속도에 있어서는 빛보다 빠르고 시간을 초월하고, 공간도 초월한다."
이게 중요합니다.
이게 왜 중요하냐면, 우주의 표층현상, 즉, 우리가 경험하는 물리현상 저 너머에 그 정보를 교류하는 방법이 있지 않으면, 이와같은 현상이 일어날 수 없다고 믿기 때문입니다.
이 시뮬레이션 우주론에는 그 아버지가 있습니다. 그게 홀로그램 우주론인데요.
재미삼아 조금 설명드리자면, 홀로그램 우주론은 우리 3차원 우주는 원래 2차원인 우주가 3차원에 홀로그램처럼 투영되었다고 하는 이론입니다. 빅뱅이라는 건 설명하기 힘든 초기 응축단계가 있는데, 홀로그램이 되면 이 모든 것이 해결되기 때문입니다. 거기에 우주배경복사까지 고려해도 상당히 신빙성이 있더라는 겁니다.
이 홀로그램 우주론이 가져다 준 이점은, 기존의 초기 우주를 설명할 수 없었던 점을 설명한 것인데요. 이 아이디어는 시뮬레이션 우주론에도 큰 영향을 줍니다.
어라...글이 길어졌네요. 이어쓰기는 좀 쉬었다가 Part 2로 넘어가겠습니다.
1도 모르겠다....
아...
음...
그냥 그런걸로...ㅠㅜ
우주 시뮬레이터 개발자가 아....이거 다 뽀록났네
아. 이럼 나가린데......
리셋됩니다.
8. 입자가 많아지면, 시간이 느려진다
서버에 부하가 가서 느려지나 봅니다.
(의미없으니) 지금 상황에 충실하자로 끝나죠
거기에 과학자들이 전기 자극을 주고 있는 것이라면?
왜냐면 얽힘 상태에서 "이동"하는게 빛보다 빠르게 "이동"할 수 없기 때문이라서요.
얽힘이 걸리고 양자가 이동하고 붕괴까지 전체 시간으로 보면 빛보다 빠를수 없으니
여전히 빛보다 빠른 건 없다는게 유효하다는 거죠.
제가 뭔말 하는지도 모르겠지만 주워들은걸로 이해한건 그렇습니다.
"한쪽이 붕괴한다라는 정보를 반대쪽에서 어떻게든 알고 동시에 붕괴하는데 이 정보가 전달되는 속도가 광속을 초월한다"입니다.
입자의 이동속도는 아무 상관이 없습니다.
양자 얽힘은 국소성을 위반하지만 빛보다 빨리 정보를 전달할 수 없기 때문에 상대성 이론을 위배하지 않는다. 다만, 양자 얽힘을 통하여 고전적인 정보와 함께 양자역학적인 정보를 보낼 수 있는데, 이를 양자전송이라고 한다. 이 경우에도 역시 정보를 빛보다 빨리 전달할 수는 없다.
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%96%91%EC%9E%90_%EC%96%BD%ED%9E%98
양자얽힘에서 한쪽 측정 시 동시에 다른쪽 측정은 어떻게 하는건가요?
동시에 측정했다라는건 어떻게 증명이 되는거죠?
;;; 아뇨 너무 어려워서요 ㅠㅠ
자랑은 아니지만 고등학교에서 과학은 공부 안하고도 1등 먹었던 기억이 있는데,,,
본문을 이해 못해서요 ㅠㅠ 자괴감이 드네요
아무리 에너지를 높여도 빛의 속도 이상 가속이 안된다죠
이 우주가 리얼 우주라면 한계 속도라는게 존재할 리가 없죠
특히 관측을 안하면 고양이도 파동으로 존재하고 양쪽 구녕은 물론이고
고양이가 구멍 1000개도 동시에 통과할 수 있는 세상이 리얼월드일 가능성은 0%입니다.
우주 리셋의 시기가 멀지 않았습니다. 지금이 43,524번째 루프 랍니다.
마치 슈퍼마리오 게임에서 , 화면상에서 캐릭터의 이동을 자세히 뜯어 보면, dot 의 이동인것 처럼
양자도약 ( 퀀텀 점프 ) 현상도 , dot 이동이라고 생각 하면...
우주는 컴퓨터 시뮬레이션이 아닌가 하는 의혹을 점점 증폭 시킵니다 ㅎㅎㅎㅎ
유툽에서 석군, 지식보관소, 카오스사이언스, 과학쿠기 등의 채널들을 통해 교양수준의 양자역학을 접하고 있는데요.
이게 양자역학으로 출발해서 홀로그램 우주, 멀티버스로 확산되더라구요.
신기하기도 하고 재미도 있습니다.
아... 물론 이해는 못하고 있는 거 맞습니다. ㅋ~
빛의 속도 제한 때문에 자꾸 버그 일어나네...
시공간을 초월해야만 버그가 안일어나네...
에잉 몰라 그땐 그냥 시공간 무시하는걸로 대충 설정하자!
그 위에 버츄얼머신이 있고,
그런 버츄얼머신을 수없이 돌리는 베어메탈 머신이 있고,
그런 베어메탈 머신이 수없이 배치된 데이터센터가 있고, 그 세계에서는 그런 데이터센터가 수도없이 있는거 아녜요?
결국 해탈한 지구의 작은 코드덩어리는 현타가와서 그 세계의 파워를 꺼버리는데...
양자 얽힘에서, 양자 스핀 방향이 이미 결정되어있는게 아니냐.. 는 거거든요.
관측하면서 결정되는게 아니라, 혹시 이미 결정되어있는 걸 관측으로밖에 모르는 게 아닌가. 우리 세계에서는 파장으로밖에 알 수 없던 것이 입자화 되는 거라고 해도, 이미 결정되어있던게 입자화로 드러나는 거 아니냐. 이미 결정되어있다면, 정보 교환 속도니 뭐니 하는 건 의미가 없잖아요?
단지 우리가 모를뿐 결정되어있는 게 아닌가 해서... '중첩되어있는 상태'라는 것도 어떤 다른 차원에서 존재하다가 측정했을 때 우리 차원에 나타나는 것인지도 모르는 거라 생각했습니다. 시간의 흐름이나 어떤 요인에 의해 이미 결정되어있는 것을 관측했을 뿐이 아닌가 해서 말이죠...... 서로가 영향을 줘서 결정되는 게 아니라, 이미 결정되어있는 것을 우리 차원에서 몰랐을 뿐이고, 우리 차원에서 가시화되는 시점에 결정되는 것으로 잘못 알고 있는 것이 아닌가.... 그게 아니라면 어떻게 결정되는 순간이라는 것을 알 수 있냐... 는 게 궁금증이었습니다.
이미 지구상에 있는 대부분의 것은 관측이 되었다고 보면 될것 같습니다. 사실 공 색깔의 예시는 '관측되지 않은 상태' 라는것이 전제인대 지구상의 모든것은 이미 관측이 되어 있기 때문에 관측되지 않은 상태에서 관측했을때 무언가 결정되는것을 경험할 수가 없죠. 2차원의 무언가가 3차원을 이해하지 못하는 그것과 유사한 느낌인것 같습니다.
저도 이눈밭백호님처럼 이해를 했어요. 이미 결정되어 있는 걸 관측했을 뿐이라고.
파동함수로 측정시 결정된다는 걸 이미 실험을 통해 증명한 뒤 진행한 것입니다. <- 라는 말 자체가 이해가 안 되는 거죠. ㅜㅜ
미결정 상태 자체를 관측하고 있어야 하지 않나요? 그래야 반대쪽이 결정되는 순간 이쪽도 결정되는 걸 알 수 있는... 하지만 미결정 상태를 관측한다는 것 자체가 관측인건데..
양자 관련 글들에서 이 부분에 대한 속시원하게 이해할 수 있는 내용을 아직 못 봤습니다. 이해 과정에서 뭘 빼먹은건지 모르겠어요.
이 동영상을 한번 보시면 어떨까 합니다. (이게 원래 수식으로 설명해야 하는 건데 여기에서 말로 설명하기가 좀 어렵네요)
그렇게 해석하면 기존 이론이랑 상충하기 때문이구요.
빛보다 빠른 전달이 정보 전달이 아니라, 상태 변화 즉 우주의 기본 룰이라고 정하는게 다른 걸 이해하는 데 더 도움이 되기 때문으로 알고 있습니다.