양자역학에 대한 오해 중 가장 유명한 것은 어떤 사실을 인지했을 경우 결과가 바뀐다는 거다
하지만 엄밀하게 말하면 관찰을 시도하는 과정에서 결과가 바뀌는 것이라고 할 수 있다.
양자역학은 양자에 대한 위치나 운동 상태등의 정보를 알고 싶다는 학문일 뿐이다.
대체 이 양자에 무슨 일이 있길래 이런 기상천외한 일이 발생할까?
일단 답만 요약하자면 '양자가 너무 작고 가벼워서'다.
빛이 사물을 비추고 반사된 빛을 시각신경이 감지하는거다.
사실 카메라를 비롯한 모든 센서들도 이와 같은 방식이다.
즉 무언가를 감지하려면
1. 대상에 빛을 비추고
2. 대상이 빛을 반사시키고
3. 반사된 빛을 센서가 감지한다
라는 과정이 필요한 것이다.
만약 움직이는 물체의 위치와 운동상태를 알고 싶다면 어떻게 해야할까?
일정한 시간 간격을 두고 여러번 감지하여 물체의 궤적을 관찰하면 될 것이다.
자 그럼 이제 우리가 다룰 양자의 세계인 미시세계의 입장으로 가보자
이번엔 그냥 사물이 아닌 양자를 관찰하기로 한다.
양자의 위치와 운동 상태를 알기 위해 앞서 설명한대로 대상에 빛을 쏘기로 한다
그런데 여기서 갑자기 문제가 발생한다.
빛을 쬐더라도 좀 뜨뜻해질 뿐인 거시세계의 사물과는 달리
양자는 너무 작고 가벼워서 고작 빛을 조금 비춘것 만으로도
당구공끼리 부딧혀 튕겨나가듯이 양자의 현재 상태가 변해버리고 마는 것이다
양자의 궤적은 빛의 에너지를 흡수하고 바뀌여서 완전히 불규칙해져서
양자의 운동 상태를 전혀 알 수 없게 된다는 문제에 직면하고 만 것이다!
이게 양자역학에서 말하는 관측에 의해 결과가 바뀐다는 것의 의미이다.
만약 빛의 세기를 약하게 하면 양자를 들뜨게 하지 않고 관찰할 수 있지 않을까?
정답이다. 빛을 약하게 하자 보다 정확한 양자의 운동 상태를 알 수 있었다.
하지만 약한 빛인 만큼 양자의 위치 정보가 부정확해진다는 문제가 생겼다.
마치 광원이 어두워지면 사물이 덜 잘보이는 것처럼 말이다.
(엄밀한 비유는 아니지만)
결과적으로, 양자의 위치와 운동상태 둘중 하나는 절대 정확하게 알 수 없다는 딜레마에 빠지게 되는데
이게 바로 그 유명한 불확정성의 원리이다.
그럼 그 '관측 수단'은 빛 말고는 없는거임?
딴거로 해도 됨 실제로 수소 원자나 전자 원자를 쏴서 관측하는 방법도 있고 근데 전부 빛보다 에너지가 높음
그럼 그 빛보다도 낮은 에너지의 관측수단이 나올수 있을까
글에도 써있는데 관측 수단의 에너지가 낮아지면 관측 대상을 덜 간섭해서 상태가 덜 변하지만 그만큼 대상의 위치를 정확히 관측하기 힘들어짐 마냥 관측 수단의 에너지가 낮아진다고 해결될 일이 아님 일반적으로 빛을 쓰는 이유는 관측 수단 중에서 제일 간편하게 쓸 수 있어서고 대상을 아무 간섭 없이 관측할 수 있는 수단은 현재 법칙으론 불가능함.
"야 A어디 짱박혔냐" "네 제가 후레시로 비춰보니 창고에 있더라구요" "그래? 내가 방금 보니 없던데" (눈부셔서 구석으로 도망감)
그러니까 관측을 안하는 상태면 양자에 간섭을 주는 물질이 없으니까 가만히 있고, 관측을 시작하면 빛이든 뭐든 양자에 충돌해야 하니까 움직인다는 거지
실제론 양자가 가만히 있는 일은 없긴 하지만 대충 이해하면 그렇다는거 ㅇㅇ 실제로는 어떻냐? 파동 상태로 존재하는데 이거까진 알 필요 없긴 함
그렇다면 빛을 비춰버리면 관측을 안했더라도 나중에 까 보면 관측했을때랑 똑같은 결과가 나온다는거네?
대충 찾아보니 본문이 맞는 말 하는 것 같네. 이리 쉬운 설명을 왜 지금까지 못 들어봤을까.
양자역학이 여기에 더 심화해서 들어가면 직관적으로 이해하기가 매우 힘들어지는 부분이 나오는데 그런 부분 때문에 미디어같은 곳에서 인식을 지나치게 과장시키는 바람에 비전공자들과 큰 거리감이 생겨서 그런거같음 사실 그냥 여타 다른 역학과 마찬가지인 과목인데
과장 이전에 그냥 전공자들이 설명을 잘 못하더라구.. 관측이 영향을 끼친다는 사실을 당연한 전제처럼 깔고 쓱 넘어가니까 사람들 이해가 못 따라가는거지.
물리학에서 관측자 효과 (觀測者效果)는 관측 행위에 의해 관측되는 계가 교란되는 것이다.[1][2] 이는 종종 필요에 따라 어떤 방식으로든 측정 대상의 상태를 변경하는 도구의 결과이다. 일반적인 예는 자동차 타이어의 압력을 확인하는 것이다. 이는 공기의 일부를 내보내어 압력을 바꾸지 않고는 수행하기 어렵다. 마찬가지로, 빛이 물체에 부딪혀 그 빛을 반사시키지 않고는 물체를 볼 수 없다. 관측의 효과는 종종 무시할 수 있지만 대상은 여전히 변화를 경험한다. 이 효과는 물리학의 많은 영역에서 찾을 수 있지만 일반적으로 다른 도구나 관측 기술을 써서 무의미하게 줄일 수 있다. 위키 관측자 효과 문서에서 퍼 왔는데, 이거 읽고 님이 쓴 글이랑 똑같은 내용이라는걸 이해하는 사람 몇 없을껄? 설명이 너무 난해함. '빛을 반사시키지 않고서는 물체를 볼 수 없다' / '관측자 효과는 종종~' 이 사이에 '빛이 부딛힘으로써 영향을 끼친다. 이것을 관측자 효과라 한다' 라는 설명이 있어야 하는데 없잖아.
사실 이 부분이 양자역학의 핵심적인 부분이 아니라서 생략하고 넘어가는 사람이 많은게 이해가 안 가는건 아닌데 덕분에 오해만 더 깊어지는건 어쩔 수 없는듯 보통 양자역학이 학교에서도 대학 3학년 정도의 기초가 잡힌 전공자들을 대상으로 하다보니 더더욱 비전공자들과 간극이 커지는거같기도 하고