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작성일 : 16-09-01 08:09
슈뢰딩거 고양이-1
 글쓴이 : Thomaso
조회 : 987  

답변하기는 귀찮고,내가 아는 양자역학과 다른 이야기하는 분이 있어서
위키 찾은결과 바뀐게 없네?
뭔 거시적 슈뢰딩거 고양이가 존재한 실험이 스위스에 존재해?
링크를 건던가, 쪽팔리던가?
하여간 아래는 위키 링크임.

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%88%EB%A2%B0%EB%94%A9%EA%B1%B0%EC%9D%98_%EA%B3%A0%EC%96%91%EC%9D%B4

기원과 의의[편집]

자신이 만든 파동방정식의 해(파동함수)가 확률을 뜻한다고 막스 보른(Max Born)이 주장하자 물리학에 불확정성이 도입된 것에 대해 반발해 고안된 사고실험이다. 즉, 코펜하겐 해석의 비상식적인 면을 드러내어 비판하고자 하는 목적의 실험이다.[2]

본의는 아니었겠지만, 양자역학의 특징을 설명하는 대표적인 예시로 흔히 사용된다. 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로밖에 계산할 수가 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말한다. 슈뢰딩거가 제안한 이 사고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로, 하나의 패러독스로서 거론된다.

사고실험[편집]

사고실험의 내용은 다음과 같다. 이 사고실험에는 알파입자와 고양이 한 마리가 등장한다. 고양이는 외부 세계와 완전히 차단된 상자 속에 들어있고, 이 상자는 독가스가 들어있는 통과 연결되어 있다. 독가스는 밸브에 가로막혀 상자 속으로 들어갈 수 없으며, 독가스가 든 통 역시 외부 세계와 완전히 차단되어 밸브가 열리는지 볼 수 없다. 이 밸브는 방사능을 검출하는 기계 장치와 연결되어 있는데, 그 기계 장치는 라듐 등이 붕괴하며 방출한 알파입자를 검출하여 밸브를 연다. 밸브가 열린다면 고양이는 독가스를 마셔 죽게 된다. 그리고 처음에 라듐은 단위 시간 당 50%의 확률로 알파붕괴하도록 세팅되어 있다. 그렇다면 그 단위 시간이 흐른 후에 고양이는 50%의 확률로 살아 있거나 죽어 있을 것이다. 여기서 실험자는 외부에 있기 때문에 관찰이나 간섭을 절대 할 수 없는 상태에서 대답을 해야 한다.[4]

간단히 요약하자면 "1시간 후에 절반의 확률로 상자 안의 고양이가 죽는다. 당신은 그 상황을 전혀 볼 수 없다. 1시간 후 상자 속의 고양이는 어떻게 되어있을까?" 라는 것이다. 물론 어디까지나 역설을 제시하는 목적의 사고실험이며, 진짜로 실험을 할 수는 없다.

이해와 검증[편집]

양자역학에 따르면 관측하지 않은 핵은 '붕괴한 핵'과 '붕괴하지 않은 핵'의 중첩으로 설명되지만, 한 시간 후 상자를 열었을 때 관측자가 볼 수 있는 것은 "붕괴한 핵과 죽은 고양이" 또는 "붕괴하지 않은 핵과 죽지 않은 고양이"뿐이다.

그럼 언제 이 계의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정되는가. 일반적인 믿음과는 달리, 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아니다. 오히려 그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했다. 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에, 그 둘 사이의 어디쯤이 아닌, 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것이다

이중 슬릿 실험[편집]

텅 빈 실험실 안에 손전등이 벽면을 비추고 있다. 손전등과 벽면 사이에 가림판을 설치하고 그 가림판에 가늘고 기다란 구멍을 뚫는다(A슬릿이라고 부른다). 그럼 가림판의 A슬릿을 빠져나온 빛은 벽면에 길다란 한줄의 빛줄기를 남길 것이다. 만약 그 구멍옆에 똑같은 구멍(B슬릿이라고 부른다)을 하나 더 뚫는다면, 벽면에는 여러 줄의 불빛이 생긴다. 이는 파동이 서로 간섭하는 현상에 의해 발생하는 것으로, A슬릿과 B슬릿을 동시에 통과한 불빛들이 서로 간섭을 하여, 그 결과로 벽면에 간섭 불빛이 남은 것이다. 즉, 벽면에 비치는 여러 줄의 간섭 불빛을 통해 빛이 파동임을 확실하게 증명할 수 있다.

만약 위의 실험에서 손전등으로 불빛을 비추는 대신 저 이중 슬릿을 향해 전자빔발사기로 전자빔을 쏜다면 위와 똑같은 현상이 발생할 수 있을까. 일단 먼저 전자는 눈에 보이지 않으므로 전자가 도달한 위치 파악을 위해, 전자를 받으면 색이 변하는 도료를 벽면에 바른다. 혹은 널찍한 판대기를 구해다 거기다 도료를 바르고 벽에 설치해도 상관없다. 편의상 감광판이라고 부르도록 한다. 위의 불빛과 마찬가지로 전자빔발사기에서 발사된 전자빔은 이중 슬릿을 통과하여 선명한 간섭무늬를 감광판에 남기게 된다. 즉, 전자빔도 빛과 마찬가지로 파동이다. A슬릿과 B슬릿을 동시에 통과한 연속적인 전자의 흐름들은 파동이기 때문에 당연히 서로 간섭을 하여 감광판에 간섭 무늬를 남긴다.

위의 전자빔발사기에서 전자다발들이 아니라 전자를 한 번에 하나씩 불연속적으로 발사한다면, 어김없이 감광판엔 간섭 무늬가 남는다. 여기서 이를 통해 전자다발들 혹은 연속적인 전자들의 흐름만이 파동이 아니라, 애초에 각각의 전자 하나 하나가 그 자체로 입자이면서 동시에 파동임을 알 수 있다.

여기서 원래대로라면 감광판에 간섭 무늬가 남기 위해선 A슬릿을 통과한 파동과 B슬릿을 통과한 파동(전자)이 서로 간섭을 일으켜야 하고, 서로 간섭을 일으키기 위해선 각각의 슬릿을 최소한 하나 씩의 전자가 동시에 통과해야 한다. 동시에 하나씩의 전자만 발사해서는 결코 이 전자는 감광판에 간섭 무늬를 남겨서는 안 된다.

위의 의문을 정리해본다면, 감광판에 간섭 무늬가 남기 위해선 최소한 두 개 이상의 전자가 A와 B 각각의 슬릿을 따로 그리고 동시에 통과해야 한다. 하지만, 전자는 분명 한번에 하나씩만 발사되었다. 그럼에도 불구하고 감광판엔 선명하게 간섭 무늬가 남아 있다.

그렇다면 하나의 결론에 도달할 수밖에 없다. 하나의 전자가 두 개의 슬릿을 동시에 모두 통과했다. 하나의 전자가 두 개의 슬릿을 동시에 통과했다는 것은 물론 하나의 전자가 동시에 두 곳에 존재한다는 뜻을 포함하며, 결론적으로 하나의 전자는 확률적으로 위치할 수 있는 모든 곳에 동시에 존재한다.[5] [6]

이와 마찬가지로 슈뢰딩거의 고양이도 (파동함수를 따르는 한) 있을 수 있는 모든 상태로 동시에 존재하며, 슈뢰딩거의 고양이가 중첩된 상태로 존재한다는 것은 바로 이것을 말한다. 슈뢰딩거의 고양이, 더 나아가서 양자역학은 확률론과 인식론과는 하등 관련이 없다. 즉, 일반적인 확률의 개념과 양자역학에서의 확률은 근본적으로 다르다.

상상속의 고양이[편집]

슈뢰딩거의 고양이 실험은 실제로 재현할 수 없다. 즉, 현실 속의 고양이는 삶과 죽음이 확정된 상태에 있으며, 이를 확인하기 위해선 직접 뚜껑을 열어봐야 한다.

슈뢰딩거의 사고실험상에 논리상 허점은 없다. 하지만 이중 슬릿 실험을 통해 하나의 전자가 두개의 슬릿을 동시에 통과하는 것 역시 증명되었다. 비단 실험실에서 뿐만 아니라, 주위 곳곳에서 지금 당장도 셀 수도 없을 만큼 일어나고 있다. 그렇다면 거시세계에서도 한마리의 고양이가 두개의 슬릿을 동시에 통과하는 일이 벌어져야 마땅하겠으나, 우리는 그런 장면을 결코 목격할 수 없다.

이 의문을 해결하기 위해 거시세계와 미시세계의 경계를 들여다 보아야 한다. 풀러렌을 이용한 이중 슬릿 실험 결과를 살펴보면, 플러렌의 크기는 앞에서 실험한 전자와는 비교가 불가능할 정도로 크다. 원자핵과 전자의 크기 비가 100,000 : 1이고 탄소 원자들이 60개가 모여 입체적인 구 형태를 만든 풀러렌(C60)은 수소 원자보다 5만배는 더 크다. 미시적 세계에 속한다기에는 앞에 실험에 비해서는 무지막지하게 크고 거시적 세계에 속한다기에는 무지막지하게 작은 풀러렌으로 이중 슬릿 실험을 할 경우 간섭 무늬가 아닌 단지 2개의 띠를 만든다.

하지만 실험 환경을 진공에 가깝게 조성할수록 간섭무늬가 생긴다. 공기는 기체이기에 분자 자체가 많지도 않고 앞에서 말한 것처럼 전자의 크기가 분자의 크기에 비해 너무 작기 때문에 전자를 이용한 이중 슬릿 실험에서는 진공이 아니더라도 간섭 무늬를 만든다.

이번엔 풀러렌이 아닌 전자 실험으로 다시 넘어가 이번에는 A슬릿과 B슬릿에 관측 장비를 달아서 전자가 어떤 슬릿을 통과하는지 확인해보도록 하면, 놀랍게도 해당 실험에서는 전자는 A슬릿과 B슬릿 중 하나만 통과하며 간섭 무늬가 아닌 이중 띠를 만든다.

공기 중에서의 풀러렌 실험과 관측 장비를 단 전자 실험의 공통점은, 공기 중에서의 풀러렌 실험에서는 공기와 풀러렌이 서로 상호작용을 했고 관측 장비를 단 전자 실험에서는 관측 장비의 광자와 전자가 서로 상호작용을 했다는것이다. 즉 풀러렌 분자와 전자와 같은 입자들은 다른 입자들과 상호작용을 하기 전까지는 여러 개의 중첩된 상태를 가지고 있다가, 다른 입자들과 상호작용을 하는 순간 결어긋남 상태가 되어 더 이상 간섭을 일으킬 수 없으며, 파동성을 잃는 것(파동함수의 붕괴)과 같은 결과에 이른다.

슈뢰딩거의 고양이도 위의 풀러렌의 처지와 똑같다. 상자 안의 물체들이 각각 닫힌 계라면 외부 계는 그들의 상태를 관측할 수 없고 그들은 파동성을 잃지 않고 동시에 여러 상태를 갖게 될 것이다. 상자 안은 진공도 아니며 적외선과 같은 광자를 방출하고 있을 것이다. 즉, 이중 슬릿 실험에서의 전자와 진공에서의 풀러렌과는 다르게 상자 안의 고양이, 독가스가 든 병, 가우계 카운터는 서로 의미있는 상호작용을 하는데다가 상자 안과 밖을 상자 자체가 연결해주기에 상자 자체부터가 완전한 고립계가 아니다. 다시 말해, 상자 밖과 안은 언제나 의미있는 상호작용을 하며 이는 언제나 상자 안이 관측되고 있음을 나타낸다. 그러므로 상자 속의 고양이는 상자를 열든 열지 않든 죽거나 살아있는 둘 중 하나의 분명한 상태를 가진다. 즉, 현대에서 다루는 슈뢰딩거 사고실험의 해석의의는 어디까지나 양자역학의 근본적인 개념을 다루기 위한 '사고실험' 이다.[7]

실험의 해석[편집]




출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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Thomaso 16-09-01 08:20
 
스위스라고 그려면 면이 스나, 인종 차별이 제일 심한 넘들이더만,링크좀 걸어 주세요.그논문 보고 싶어요?
제로니모 16-09-01 19:29
 
혹 저보고 얘기하신거유?

뭔 말인지 한참 봤네 

밑에 님 이상한 글 마지막 댓글에 내가 스위스연구소라 착각한걸 태클거시우? ㅎ

내가 예전에 자주 확인하던 습관이 있어 스위스 제네바에 있는 유럽입자물리연구소 실험인줄 착각하긴 했네요.

어차피 오스트리아도 Cern 가입국이고 여기 과학 아카데미도 전혀 무관한건 아닙니다.

밑에 내가 말한 오스트리아 과학 아카데미 실험 한국 기사 링크
http://v.media.daum.net/v/20140906131106409?f=m

원릴 알고 이해하는게 중요하구요.
위 글에서 처럼 과학이 아니니 뭐니 하는 그런 소리나
또 아래 제가 다 요약 설명한 얘길 다른데서 퍼오시지만 말구
공불 하실거면 제대로 하셔서 사람들에게 주장하시든 하세요.

20년 가까이 연구하고 씨름한 사람도 섣불리 주장하기 힘든 것을 파동방정식의 해도 한번 안구해보신 님 같은 분들이 수박껍질 좀 핥아봤다고 수박맛을 아는 거 마냥 착각하게 된다는겁니다.

특히 수리학적으로 이미 증명된 이 양자론을 어떻게 해석하느냐의 문제인데.

이걸 철학적 혹은 신학적 의도를 가지고 무리하게 자위적으로 해석한다면 그게 바로 사이비에요.

충분히 이론의 내용을 검토하고 이해하고 그 후에 자신이 익히 알던 철학적 신학적 지식에 적용시킬지 여부를 판단해야만합니다.

애초 양자역학이 철학과 신학을 위해 만들어진 것도 아니고 수리적 증명을 현상론에 적용시킨 것을 최근에와서 여러 분야로 확대시킨 것인데 뭣도 모르고 이 이론에 뭐든 다 때려끼워맞추려는 건 너무 많이 간겁니다.
Thomaso 16-09-03 09:43
 
참 말섞기가 어려운 수준이십니다.그고양이가.님의 이고양이 인가요?
20년 공부 도로 아미 타불인듯?설명요망입니다.
     
제로니모 16-09-03 10:33
 
그럼 왜 다른지 님이 확인하고 설명해야죠.

밑에 제가 여러번 설명해놨고. 님이 퍼온 글들을 충분히 이해한다면 내용상 뭐가 다른지 알게아닙니까?

그러니 물어보는 님이 두 내용이 같은 지 다른지 판단하고 만일 다르다면 뭐가 어떤 부분이 다른지에 대해 구체적으로 물어야죠.

제가 앞서 여러 차례 내용을 설명했음 됐지 또 같은 내용을 두고  님에게 뭐하러 또 설명해줘야하나요? 그참.

물어보는 쪽으로서 기본은 되어 있으셔야죠.
          
제로니모 16-09-03 11:18
 
좋습니다.

그럼
님이 퍼온 내용 중에서 양자론이나 양자장론에 있어 학자들로부터 가장 기본이 되고 신뢰받는 해석은 무엇이죠?

앙상블 이론은 구체적으로 어떻게 생각합니까?

또 이것과 숨은 변수론과 관계와 현재에 이 의견은 어떻게 받아들이고 있죠?

EPR역설과 벨의 부등식에 대해 자세히 설명하시고 결론을 말씀해주시죠.

마지막으로 쉬뢰딩거 파동방정식과 하이젠베르그 방정식은 차이가 있다면 어떤 차이가 있으며 구체적으로 각각 식의 폼이 무얼 얘기하는지에 대해 설명해보실수 있나요?

위 질문들 정도는 기본이 되어 있어야만 서로간 대화가 됩니다. 답하시구 나서 그 후 물어 보실거 물어 보세요. ㅇㅋ?
               
헬로가생 16-09-03 20:21
 
태권브이 보고 온 아이가 대학생한테 변신합체 안 하는 로보트는 로보트 아니다고 다짜고짜 우기는데
그걸 다 친절히 설명해주시다니.
놀아주는 친구 없어 그러는 거예요.
그냥 무시하고 놔두세요.
밥 때 되면 알아서 집에 가요.
                    
제로니모 16-09-03 22:14
 
ㅋㅋ

비유 죽이셩. ㅎㅎㅎ

알겠어용 ㅋㅎ
                         
미우 16-09-03 22:29
 
구글 긁다 포기한지도...
퍼오는 거 내용을 알고 퍼오는 것도 아니고, 답할 능력이 안되요.
 
 
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