양자중첩이란? 전자는 에너지이다.

양자중첩은 관측 전의 전자는 확률로서 존재함을 뜻한다. 전자가 입자가 아니라 에너지라고 생각하면 에너지가 많은 곳은 관측시 전자가 존재할 확률이 높고 에너지가 낮은 곳은 전자가 존재할 확률이 낮을 것이다. 즉 관측전 우리는 이러한 현상을 전자가 확률로써 존재한다고 말한다.

 

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목차
1. 양자역학이란?
2. 이중슬릿실험
3. 양자 중첩
4. 결론

1. 양자역학이란?

양자

양자역학이 무엇인지는 다른 수많은 글에서 설명을 해주기 때문에 간단하게만 이야기하면 원자와 전자를 합쳐서 양자라 하며 원자와 전자의 물리학을 우리는 양자역학이라 정의했다. 그런데 아인슈타인을 비롯한 저명한 물리학자들은 양자역학의 특이하면서 중요한 특징 중 하나를 이해하려 하지 않았는데 바로 전자가 확률로써 존재하며, 관측하기 전에는 파동의 성질을 보이다가 관측을 하면 입자의 성질을 지닌다는 것이다.

 

2. 이중 슬릿 실험

전자의 이중슬릿실험

이중 슬릿 실험은 대표적인 양자역학의 특징을 살펴보는 실험 중 하나인데  좌측의 실험은 관측할 때 나타나는 현상으로 입자의 성질이 나타남을 뜻한다. 벽에 두줄만 생김을 알 수 있다. 그런데 관측을 하지 않고 실험을 진행하면 간섭무늬가 발생하는데 간섭무늬는 대표적인 파동의 성질이다. 그래서 처음 양자역학을 연구하던 사람들은 왜 이런 현상이 나타나는지 상당히 의아해했고, 이 현상을 설명한 것이 바로 양자중첩이다.

2-1. 관측

우리가 본다라고 인식하는 것은 사실은 물체에 반사된 빛이 눈으로 들어옴을 뜻한다. 그렇다면 관측이라는 것도 결국 어떤 것에 반사되어 들어온 광자를 우리가 읽는 것을 뜻하고, 전자라고 하는 단위는 매우 작은 단위이기 때문에 전자를 가지고 하는 실험에 관측을 한다는 것은 광자가 전자에 어떤 간섭을 했음을 뜻한다. 즉 관측을 한다는 것 자체가 실험에 영향이 감을 뜻하기 때문에 관측에 의해서 결과가 바뀌는 것은 어찌 보면 미시세계에서 당연한 일이다. 

 

3. 양자중첩

그렇다면 양자중첩은 무엇일까. 우리가 전자를 관측하지 않으면 즉 전자의 움직임을 간섭하지 않으면 전자는 확률로서 존재한다는 것을 증명하였는데 그게 바로 양자중첩 현상이다. 이러한 사실을 당시 슈뢰딩거나 아인슈타인은 인정할 수 없었고, 슈뢰딩거의 고양이라는 사고 실험을 통해 양자역학이 불완전한 학문임을 밝히려 했다. 하지만 뜻하지 않게 슈뢰딩거의 고양이라는 사고 실험은 양자역학을 이해하는 도구로 오히려 널리 알려지게 되었다.

2022.08.03 - [뇌피셜/과학에 관한 이야기] - 슈뢰딩거의 고양이 쉽게 이해하기

슈뢰딩거의 고양이 쉽게 이해하기

5. 결론

전자라는 것은 사실 에너지 덩어리의 최소 단위가 아닐까?

표준 분포도를 보면 가운데일수록 크고 주변으로 뻗어갈수록 적다. 이를 에너지라 생각하면 에너지가 많은 곳은 전자가 관측될 확률이 높은 것이고, 에너지가 적은 곳은 전자가 관측될 확률이 낮은 곳인 것이고 이걸 현재 우리가 이해하는 인간의 언어로 바꾸어서 "확률로써 존재한다"로 이해한 것 아닐까?