[도전! 양자역학] 6화, 코펜하겐 해석

달과 기린을 그려주신
@leesongyi 작가님 고맙습니다.

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이중슬릿 실험 지난화에 이어

이상하다.
그런데 그게 다가 아니다.

슬릿을 하나씩 열면 분명 전자가 도착하던 곳인데,
슬릿 두 개를 열면 전자가 도착하지 않기도 한다.

이상하지?

(멍)

전자 둘이 서로 부딪히는 것도 아니고,
전자 하나가 간섭한다니...
믿기지 않는 일이 일어난 거야.
그래도 실험 결과가 저렇게 나오니까 설명을 해야 되잖아.

어떻게 설명해야 할까?

전자가 여러 개로 쪼개져 두 개 슬릿을 통과해 서로 부딪혀 간섭무늬를 만드는 거야.

좋은 아이디어야.
그런데 전자는 최소 단위의 소립자라 더 쪼개질 수가 없어.
1/2, 1/3로 쪼개진 전자는 없어.

1900년대 초에 코펜하겐에 있던
닐스 보어와 베르너 하이젠베르크가 이를 설명하길
하나의 전자가 두 개의 구멍을 동시에 지나고 중첩

중첩된 궤적을 지나며 파동처럼 행동하지만
스크린에 도달할 때는 입자가 된다고 한다.
입자 상태로 '붕괴한다'고 함

그리고 이들이 있던 도시의 이름을 따 '코펜하겐 해석'이라 한다.

• 코펜하겐 : 덴마크 수도

'해석'이라 부르니까 이상하지?
넌 그렇게 이해했냐? '난 이렇게 해석했다' 하는 거거든.

'코펜하겐 해석'말고도 다른 해석('숨은 변수 이론', '다세계 해석' ...)들이 많이 있는데 물리학자들한테 가장 많이 받아 들여지는 게 '코펜하겐 해석'이야.

(양자역학을 끝까지 반대한 아인슈타인은 우리가 알지 못하는 '숨은 변수'가 있다고 주장하긴 했지만... 그 이야기는 나중에 하고)

파인만의 설명으로 다시 한 번 들어볼까?

파인만 : “개개의 전자들은 두 개의 슬릿을 '모두' 통과한다.”

“총에서 발사된 전자는 스크린에 도달할 때까지 '모든 가능한 경로'들을 '동시에' 지나간다.”

거참, 쉬운 결론인데...

“도대체 무슨 말이야?”

아무래도 이상하지? 그래서 과학자들이 이런 실험을 해 봐.

중간판에 관측 장치를 설치하고 전자가 어느 슬릿을 통과하는지 확인한다.
두 개의 슬릿을 동시에 통과하는지 보자.

전자를 관측해 보니, 전자는 하나의 슬릿만을 통과한다. 전자 하나가 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 일은 벌어지지 않는다.

그럼, 그렇지

그런데 관측을 하자
뒤에 간섭무늬가 사라졌다.

입자 무늬가 나온다.

전자들이 어디를 통과하는지 확인하기 위해 관측 장치를 켜자 간섭 현상이 사라졌다.

관측 장치를 끄면 다시 간섭무늬가 만들어진다.

왜지?

우리가 보고 있으면 입자로 행동하고 보고 있지 않으면 파동으로 움직인다?

전자가 마치 자기가 관측되고 있다는 사실을 안다는 거야?

전자 : 파동으로 넓게 퍼져가며 '룰루랄라, 내 마음대로 움직여야지'하다가 관측기 앞에서... “나를 보고 있잖아!” 하며 입자로 전환?
말이 안되잖아?

혹시 우리가 보는 게 전자에 어떤 영향을 미치는 건 아닐까?

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배너를 그려주신 @leesol 작가님 고맙습니다.

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