고딩 때 배웠던 '슈뢰딩거의 고양이'가 기억나시는지요...
1) 슈뢰딩거
슈뢰딩거 방정식을 통해 입자의 운동을 설명.
값이 명확한 해를 구하여 입자의 위치를 예측. (고전 역학적)
2) 코펜하겐 해석
양자역학의 해석 중 하나로, 1925-1929년 코펜하겐 대학에서 보어와 하이젠베르크를 중심으로 제안.
(1) 막스 보른. 파동 방정식의 해는 특정한 값이 아닌 확률을 의미한다.
(2) 하이젠베르크. 불확정성. 위치와 운동량이 동일한 한 쌍의 물리량을 둘다 동시에 측정할 수 없다.
(3) 전자 회절의 해석. 입자는 이중성을 가지고 중첩된 상태로 있다가 관측과 동시에 한 가지 상태로 결정된다.
3) 슈뢰딩거의 고양이
슈뢰딩거가 양자역학 (코펜하겐의 해석) 이 부당하다는 것을 보이기 위해 고안한 사고실험.
양자역학에서 코펜하겐 해석이 말하는 미시세계를 거시세계에 대입. -> 고양이의 상태 = 불확정적인 입자의 상태.
입자: 관측 전. 붕괴된 상태 and 원래 상태 -> 관측 후. 붕괴된 상태 or 원래 상태
고양이: 관측 전. 죽어있는 상태 and 살아있는 상태 -> 관측 후. 죽어있는 상태 or 살아있는 상태
4) 실험의 해석
코펜하겐 해석: 관측 전에는 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩되어 있으며 관측과 동시에 고양이의 상태가 한 가지로 결정된다.
다중세계 해석: 관측 전에는 살아있는 세계와 죽어있는 세계가 모두 존재하며, 관측 후 한 세계로 진입. (핵이 붕괴하는 시점을 기준으로 살아있는 고양이 세계와 죽은 고양이 세계가 분리되어 평행우주가 되며 서로 영향을 주지 않는다.)
앙상블 해석: 확률의 통계적인 해석으로 많은 수가 있을 때 절반은 죽어있고 절반은 살아있다는 해석. 회절 실험에서 의미를 보이나 양자물리학이 입자 하나의 물리적 상태를 수학적으로 기술할 수 없다는 것이 된다.
5) 실험의 오류
알톤 차일링거의 풀러렌 회절 실험. 공기 중에서는 회절 X, 관측 O. 진공 중에서는 회절 O, 관측 X.
미시세계에서의 관측 -> 입자와 입자간의 상호작용. 다른 입자와 정보를 공유하지 않는 고립된 계라면, 거시세계에서도 회절이 일어날 수 있다.
상자 내부의 입자들과 상자와 상자 외부가 서로 상호작용을 함. -> 고양이의 상태는 결정되어 있고 우리가 모르는 것일 뿐.
6) 실험의 의의
양자역학에서의 관측의 의미를 바로잡게 함. 양자역학의 특징을 설명하는 대표적인 예시. (미시적인 사건이 거시세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여줌.)
존 아치볼드 휠러(John Archibald Wheeler)
The 'Past' and the 'Delayed-Choice' Double-Slit Experiment (1978)
양자 현상은 관측되어 기록되기 전까지는 현상이 아니다.
Bits, Quanta, Meaning (1984)
"It from Bit". 양자 측정 과정이란 관측 장치를 통해 예/아니오(Yes/No) 질문을 던지고 답을 얻는 행위(Bit)이다.
Experimental Reflexion of a Classical Bayesian Approach to Quantum Reality / Results of a Delayed-Choice Experiment (1984)
사고실험을 O. G. Alley 등과 함께 실제 광학 장치(거울, 광원, 검출기)를 써서 최초로 성공시킨 실험 논문.
Information, Physics, Quantum: The Search for Links (1989)
"It from Bit (모든 존재는 정보로부터 나온다)" — 우주의 모든 물리적 실체(It)는 관측이라는 행위로 얻은 0과 1의 비트 정보(Bit)의 집합에 불과하며, 우주는 관측자와의 상호작용으로 형성되는 '참여적 시스템'이다.
닉 보스트롬(Nick Bostrom)
[Simulation Hypothesis] Are You Living in a Computer Simulation? (2003)
블라트코 베드랄(Vlatko Vedral)
Decoding Reality: The Universe as Quantum Information (2010)
우주는 거대한 컴퓨터이며, 양자역학의 파동 함수 붕괴 현상은 비트(Bit) 정보가 0과 1로 결정되는 과정과 같다.
관측되지 않은 상태의 중첩(Superposition)는 '프로그램 코드 내의 미실행 데이터', 관측 순간은 '컴퓨터 화면 출력'.
어...? 이거...
아이작 아시모프(Isaac Asimov, 1920-1992), 최후의 질문.
톰 캠벨(Thomas Campbell)
On Testing the Simulation Theory (2017, 학술지 International Journal of Quantum Foundations)
의식 기반 렌더링 모델. 멀티플레이어 VR 게임에서 플레이어가 바라보는 화면만 GPU가 렌더링하듯, 우리가 관측하는 순간에만 의식(Observer)의 모니터에 물리적 수치가 렌더링된다.
리즈완 버크(Rizwan Virk)
The Simulation Hypothesis (2019)
앤드루 폰첸(Andrew Pontzen)
The Universe in a Box: Simulations and the Quest to Code the Cosmos (2023)
앤드루 폰첸, 상자 속 우주, 박병철 옮김, 알에이치코리아.