양자얽힘 내 방식대로 이해하기_뀨프로의 가설

양자얽힘이란 하나의 입자를 둘로 쪼개고 얽힘상태에 있을 때 한쪽을 위로 돌리면(스핀업)하면 나머지 하나의 입자는 아래로 돈다(스핀다운) 한다는 현상이다 거리에 관계없이 말이다. 어떻게 이런 일이 일어날까?

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목차
1. 양자얽힘이란?
2. 양자얽힘 상태에 대한 이해
3. 물리적 거리를 무시하는 이유에 대한 가설
4. 결론

1. 양자얽힘이란?

출처 http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%96%91%EC%9E%90%EC%96%BD%ED%9E%98

해시넷에서 퍼온 양자얽힘의 설명인데 해석하자면

소립자가 붕괴하여 전자와 양전자와 나뉘었을 때, 전자는 음전하를, 양전자는 양전하를 가진다. 물리량은 동일하지만 반대의 전하를 가진다.

=> 소립자를 붕괴시키면 양자는 얽힘상태가 되어 위로 돌 수도 아래로 돌수도 있는 상태가 된다.

 

양자얽힘은 여기서 전자를 스핀 업하면 양전자가 스핀다운되고, 양전자를 스핀업하면 전자가 스핀 다운된다.

즉 입자 하나를 둘로 쪼갠 후, 한 입자의 상태를 바꾸면 다른 한 입자는 동시에 그와 반대 상태로 바뀐다.

=> 붕괴된 양자는 서로 간에 영향을 주어 한쪽 상태가 정해지면 남은 한쪽 상태도 정해진다.

 

만약 전자를 지구에 둔 간다면, 이 경우에도 역시 전자를 스핀 업하면 베텔기우스의 양전자가 동시에 스핀 다운한다. 만약 지구가 태양계에서 약 640광년 정도 멀리 떨어진 베텔기우스와 통신한다면, 지구가 보낸 연락은 베텔기우스에 약 640년이 지난 뒤에 도착한다. 베텔기우스에서 지구로 보낸 연락 또한 마찬가지이다. 따라서 빛의 속도로 통신한다고 해도 연락을 주고받는데 최소 1280년의 세월이 걸리게 되는데, 여기서 양자 얽힘 현상이 적용된다면 아무리 멀리 떨어진 곳이라도 동시에 통신할 수 있어서 연락이 수월해진다.

=> 물리적 거리에 상관이 없다.

 

아래는 양자얽힘에 관한 실험이다

https://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20151022601012 

아인슈타인이 틀렸다!...’양자 얽힘’ 실험으로 증명 (네이처)

 

2. 양자얽힘 상태에 대한 이해

지난번 "슈뢰딩거의 고양이 쉽게 이해하기"에서와 같이 이 얽힘 현상이 게임에서 일어나는 일과 비교해 본다면 그 이해가 쉽다. 만약 게임에서 랜덤상자를 샀고, 이 랜덤상자의 규칙은 다음과 같다.

1. 랜덤상자에는 1~5까지의 숫자가 주어진다.

2. 한번 오픈하면 다음에 그 숫자는 다시 나오지 않는다. 남은 숫자들 중에서 나온다. 확률은 모두 같다.

3. 5개의 상자를 다 오픈하면 1~5까지의 모든 숫자를 얻을 수 있다.

4. 6번째의 상자를 오픈하면 초기화되어 다시 1~5 사이의 숫자가 나온다.

만약 이런 규칙을 가진 랜덤상자를 게임에서 샀다고 했을 때 우리가 게임에서 이기기 위해선 5라는 숫자가 필요하고, 1번째에 5가 나올 확률은 20%지만 1번째에 나오지 않았다면 2번째에 나올 확률을 25%가 된다.

 

즉 랜덤상자의 결과가 다음 랜덤상자의 결과에도 영향을 미친다. 이는 양자얽힘 상태에서 한쪽의 결과가 다른 한쪽에 영향을 준다는 것과 같다.

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

슈뢰딩거의 고양이 쉽게 이해하기

 

3. 물리적 거리를 무시하는 이유에 대한 가설

양자얽힘

어떤 식으로는 양자상태에 대한 정보가 반대쪽 양자에 전달이 되니까 한쪽 방향의 상태가 정해지면 반대쪽 상태로 전달이 된다고 생각한다. 그런데 왜? 물리적 거리를 무시할까? 640억 광년 떨어진 곳에 양자를 두고 실험을 해도 이론적으로 즉시 양자가 반응한다고 한다. 빛을 통해 정보가 전달된다면 한쪽 상태가 정해지고 640년 뒤 다른 한쪽의 상태가 정해져야 한다. 빛을 통해 정보가 전달되는 것이 아니라는 증거이다.

 

여기서 내가 세운 가설은 우주의 다른 차원을 통해 정보가 전달된다는 것이다. 위 그림을 보면 원이 있고, 이 원을 지구라고 생각해보자 A라는 곳에서 B로 가려면 지구의 표면을 이동해서 가야 한다. 즉 둘레를 통해서 가야 하고 거리가 멀어지면 멀어질수록 가야 하는 길이도 늘어난다. 그런데 만약 어디를 가든 중심을 한번 찍고 간다고 가정하면 어떨까? 어디를 가든 지구의 반지름 곱하기 2에 해당하는 거리만 이동하면 된다. 표면상의 거리에 관계없이 말이다.

 

그렇다면 저 원을 지구가 아닌 우주라고 가정할 때 A와 B의 물리적 거리가 640광년 떨어져 있다고 이것은 우주의 표면이기 때문에 우주의 표면이 아니라 중심을 통과해서 가면 물리적 거리에 관계없이 모두 동등한 거리에서 정보의 전달이 가능하다.

 

즉 양자얽힘에 대한 정보는 우주의 표면이 아니라 우주의 중심을 통과해서 전달되지 않을까?

 

4. 결론

우리는 3차원의 공간 + 시간이라는 4차원에 살고 있기 때문에 양자얽힘의 정보가 우주의 중심을 통과한다는 내 가설이 확 와닿지 않을 수 있지만 나중에 실험과 과학이 발전한다면 내 가설이 증명될 수 있지 않을까?