양자론의 우주관 : 관계망 우주관 – 양자 오디세이 20(종착역)Q1. 지난 19개의 비디오를 통해 ‘양자론 오디세이’를 계속해왔는데, 20번째를 맞은 이번 비디오가 양자론 오디세이의 종착역이라고요? 아쉽네요.‘양자란 무엇인가’를 시작으로 슈뢰딩거 고양이, 코펜하겐 해석, 보어-아인슈타인 논쟁 등을 테마로 양자론 오디세이에 나선 지 어느덧 5개월, 마침내 종착역에 다다를 시간이 되었습니다. EPR 논쟁에 이은 아스페의 얽힌 광자 실험에서 양자 오디세이의 하이라이트를 감상했다고 봐도 무방합니다.Q2. 그렇다면 오늘 양자론 오디세이의

양자 얽힘, 무거운 원자들도 가능하다!Q1. 앞의 2개 비디오에서 우리는 ‘양자 얽힘’을 확인한 아스페 팀의 실험과 얽힌 광자 실험으로 2022년 노벨물리학상을 수상한 수상자들의 연구업적을 살펴보았다. 이들의 실험은 모두 질량이 0인 광자를 사용해 얽힘을 확인한 것이었다. 그렇다면, ‘양자 얽힘’은 질량이 0이 아니라 무거운 원자들에서도 가능한가?Q2. 가능하다. 이를 확인한 연구결과가 있다.최근 스위스 바젤대학의 물리학자 Paolo Colciaghi, Yifan Li 팀과 Philipp Treutlein, Tilman Zibold

양자 얽힘: 2022년 노벨물리학상 수상 업적 – 양자 오디세이 19Q1. 지난 비디오에서 우리는 아스페 팀이 실험을 통해 ‘양자 얽힘’ 현상을 확인했다는 사실을 살펴보았습니다. 2022년 노벨물리학상이 바로 양자역학, 그중에서도 가장 신비로우면서도 본질적인 특성이 ‘양자 얽힘’ 연구자들에게 돌아갔네요. 지난 비디오의 내용을 리뷰하는 의미로 2022년 노벨물리학상 수상자들의 연구 업적을 소개해주십시오.예, 노벨위원회의 공식 발표를 중심으로 소개해드리겠습니다. 수상자는 프랑스의 알랭 아스페, 미국의 존 클라우저, 오스트리아의 안톤 자

보어-아인슈타인 Debates 3 : EPR 논쟁 ③벨 부등식과 아스페 실험Q1. 우리는 물리학사에 길이 남을 위대한 논쟁, 보어-아인슈타인 논쟁을 살펴보고 있는데요, 오늘은 이 논쟁의 핵심인 EPR 논쟁을 마무리할 시간입니다. 지난시간에 우리는 EPR 논증의 개요와 데이드 봄의 'EPR Argument Adaptation', 그리고 보어의 방어 논리를 공부했습니다. 이 논쟁은 이후 어떻게 진행되나요?이 논쟁은 보어의 반박 논문 발표 이후에도 시원한 승부가 나지 않아 미궁에 빠진 듯했다가 EPR 논증이 제기된 지 29

보어-아인슈타인 논쟁 3 - EPR 논쟁 ②EPR 논문 요지Q1. 우리는 물리학사에 길이 남을 위대한 논쟁인 보어-아인슈타인 논쟁을 살펴보고 있는데요, 지난 비디오에서는 EPR 논쟁의 배경지식을 공부했습니다. 그 유명한 EPR 논문의 핵심 내용을 간단히 설명해주세요.-> 먼저 이 논문의 출발은 저자들, 즉 아인슈타인과 그의 동료들(Albert Einstein, Boris Podolsky, Nathan Rosen: EPR)의 관점부터 알고 가는 게 좋겠습니다. EPR은 양자역학의 이론적 예견이 실험결과와 정확하게 일치하는 것은 사실이

아인슈타인은 미국에 정착한 지 3년째인 1935년 그의 연구 동료 보리스 포돌스키, 네이선 로젠과 함께 두 시스템의 얽힌 상태를 기반으로 ‘양자역학은 완전하지 않다’는 논증을 발전시킨 EPR(Einstein, Podolsky, Rosen) 논문을 발표했습니다. 이것이 그 유명한 「물리적 실재에 대한 양자역학적 기술은 완전한가?(Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?)」라는 제목의 논문으로 물리학 논문지인 『Physical Revie

아인슈타인의 장방정식 – 아인슈타인의 상대성이론 오디세이 13Q1. 당신은 지난시간에 사람들이 팽팽하게 당기고 있는 천(피륙) 위에 볼링공을 얹은 경우를 상상하며 ‘굽은 공간’의 그림을 소개해주셨습니다. 또 아인슈타인은 중력이란 개념은 ‘굽은 공간’으로 대치할 수 있다면서, 빛이 항성 주변에서 휘어지는 건 그 항성이 중력이란 힘으로 빛을 끄는 게 아니라 빛이 다만 굽어진 공간을 따라가는 것이라고 해석했다고 당신은 소개해주셨습니다. 오늘은 어떤 내용을 전해주실 건가요?오늘은 아인슈타인이 ‘굽은 공간’을 기술하는 수학인 리만기하학을 도

1930년 제6차 솔베이회의에서 아인슈타인은 양자역학을 반박하는 두 번째 사고실험을 제시했습니다. 공격 대상은 이번에도 불확정성 원리였습니다. 물론 궁극정인 목적은 양자역학의 불완전성을 밝히기 위한 것이었습니다.아인슈타인의 공격아인슈타인은 이번에도 천재성이 번뜩이는 사고실험을 내놓았습니다. 위의 그림 같은 상자를 상상합니다. 상자에는 작은 구멍이 하나 있는데, 셔트를 통해 그 구멍을 열고 닫을 수 있습니다. 그리고 그 셔트를 열고 닫는 시간 간격은 상자 안의 시계에 의해 제어됩니다. 상자는 극히 민감한 용수철로 연결되어 있기 때문에

보어-아인슈타인 논쟁 – 1 : 변형 이중슬릿 사고실험닐스 보어는 1927년 9월 이탈리아 코모 호수가에서 열린 물리학회에서 코펜하겐 해석을 공식 제안한 데 이어 한 달 뒤 당대 최고의 물리학술대회인 솔베이회의의 제5차 대회에서 코펜하겐 해석을 받아들이도록 물리학자들을 설득하는 데 성공했다. 그는 물리학자들을 일일이 찾아다니며 코펜하겐 해석의 논리를 끈질기게 설명하고 납득시켰다. 보어는 물리학자들을 붙잡고 ‘한 마디만 하자’며 새벽까지 열변을 토하는 게 보통이었다.그러나 양자론의 기초를 다졌던 아인슈타인과 슈뢰딩거 등 일부 물리학자

아인슈타인이 사고실험으로 그린 굽은 공간에 관한 대화Q1. 지난 동영상에서 아인슈타인이 ‘회전하는 원반’ 사고실험을 통해 ‘굽어진 공간’을 도출하는 과정을 설명해주셨는데요, 오늘은 그 굽어진 공간들의 그림을 소개해주시겠다고 하셨죠? 그림 소개에 앞서 지난시간에 듣지 않은 청취자를 위해 ‘회전하는 원반’ 사고실험의 요점을 설명해주시죠?--> 그게 좋겠네요. 이건 회전하는 디스크는 로렌츠 수축에 의해 원둘레가 줄어들면서 원주율이 작아진다는 에렌페스트 역설에 힌트를 얻은 건데, 사고실험 이름은 ‘회전 기준계 위의 시계와 측정용 막대의 성

아인슈타인의 ‘굽은 공간’에 관한 대화Q1. 지난 비디오에서는 아인슈타인이 ‘등가원리(equivalence principle)’를 통해 중력에 의한 빛의 휨 현상을 통찰한 과정을 우주선 사고실험을 통해 설명해주셨고요, 오늘은 아인슈타인이 ‘굽은 공간’을 어떻게 상상하고 시각화했는지를 소개하겠다고 예고해주셨죠?예, ‘굽은 공간’, 상상이 되시나요?아인슈타인은 중력에 의한 빛의 휨 현상을 통찰한 후 마침내 공간의 개념을 새롭게 혁신해야 할 필요성을 느낍니다. 새로운 공간을 상상하는 데는 그의 친구 에렌페스트(Paul Ehrenfest)

반디 아담(아담의 후예) / 사디‘모든 아담의 후예는 한 몸을 형성하며 / 동일한 존재다. // 시간이 고통으로 그 몸의 일부를 / 괴롭게 할 때 // 다른 부분들도 고통스러워한다. // 그대가 다른 이들의 고통을 느끼지 못한다면 // 인간이라 불릴 자격이 없다’. 13세기 페르시아시의 대시인이자 탁발승 사 디(Sa’ di, 1209~1291)의 시다.양자중력 이론가로 ‘제2의 스티븐 호킹’이라 불리는 카를로 로벨리의 최근 저서 ‘시간은 흐르지 않는다’에서 이 시를 보고 전율했다. 소통과 공감 능력이 결여된 현대사회에 경종으로 읽히

Q1. 저번 비디오에서 아인슈타인이 ‘생애 최고의 영감’을 받아 등가원리를 세우는 데까지 소개해주셨는데요, 오늘은 어떤 이야기를 해주실 건가요?--> 오늘은 ‘빛의 휨’ 현상에 대한 발상을 소개하겠습니다.Q2. 아니, ‘빛의 휨’이라고요?, 빛이 휘어져 진행한다는 건가요? 우리는 어릴 때부터 ‘빛은 직진한다’고 배웠고, 앞서 광속불변의 원리도 배웠는데요, ‘빛이 휜다’는 것이 도대체 무슨 말인가요?--> 이해합니다. 이건 아인슈타인 자신만만하게 창안한 특수상대성이론에도 배치되는 발상처럼 보이겠지요. 그래서 아인슈타인이 더욱 진지하게

에테르의 귀환 – 과학 에세이 1100여 년 전 앨버트 아인슈타인이 물리학에서 추방한 에테르(aether or ether)가 최근 화려하게 귀환했다. 현대 물리학의 난제인 상대성이론과 양자역학을 통합하고 암흑물질과 암흑에너지의 신비를 푼다는 막중한 임무를 띠고서.에테르는 고대 그리스의 아이테르에서 유래한다. 어원은 ‘항상 빛나는 것’이다. 신의 제왕 제우스가 지배하는 영역을 의미했다. 아리스토텔레스는 에테르를 천상 세계를 구성하는 제5의 원소로 상정했다. 그는 에테르를 ‘가볍지도 무겁지도 않으며, 새로 만들어지지도 않고 소멸하지도

다세계 해석은 측정에 반드시 수반되는 ‘파동함수 붕괴’ 문제를 말끔히 해소함으로써 코펜하겐 해석의 대안으로 주목받는 양자역학의 해석 중 하나이다.다세계 해석(MWI)은 미국 프린스턴 대학의 대학원생이었던 에버렛이 박사학위 논문으로 쓴 ‘양자역학의 상대 상태의 공식화(Relative State Formulation of Quantum Mechanics)’(1957)가 원점이다.에버렛이 처음 시작할 때 논문 제목은 ‘유니버설 파동함수 이론’(The Theory of the Universal Wave Function)이었는데, 그의 지도

세상에서 가장 무거운 ‘슈뢰딩거 고양이’가 탄생했다.스위스 연방공과대학(ETH Zurich)의 과학자들은 최근 지금까지 가장 무거운 “슈뢰딩거 고양이”를 만들었다고 발표했다. 이 논문은 과학저널 사이언스에 발표됐다.이번 연구는 양자 중첩의 영역을 한층 넓힌 것으로 평가받는다.새롭게 탄생한 슈퍼 ‘슈뢰딩거 고양이’는 16마이크로그램의 크리스털로 작은 모래 알갱이 하나의 질량이다. 우리에게 친근한 고양이보다는 훨씬 작고 가볍지만 이전에 이런 종류의 실험에 사용된 원자나 분자보다는 몇십 억배 더 무겁다.이거 무슨 소리냐고요? 슈퍼 ‘슈뢰

과학이론에 왜 해석이 필요했을까?뉴턴역학은 공리인 3개의 운동법칙 위에 세워졌다. 특수상대성이론은 상대성의 원리와 광속불변의 원리라는 2대 공준(postulate)을 토대로 만들어졌다. 일반상대성이론도 등가 원리라는 절대가정(공준)이 바탕이 되었다.그런데 양자역학은 이들 두 이론체계와 성립 과정이 확연하게 다르다. 양자론에는 이론의 기초와 출발점인 공준이라는 게 없다. 뉴턴역학과 상대성이론은 천재 과학자의 단독 작품인데 반해 양자역학은 여러 물리학자들의 합작품이다.게다가 ‘양자 가설’, ‘광양자 가설’, ‘물질파 가설’, ‘불확정성

상보성은 Niels Bohr가 이론의 본질적인 특징으로 간주한 양자 역학의 개념적 측면이다. 상보성 원리는 대립적인 두 개의 물리량이 상호보완하여 하나의 사물이나 세계를 형성한다는 원리이다. 이것은 우주가 서로 대립하면서 보완하는 불가분의 구성요소에 의해 성립되어 있다는 것을 나타낸다.따라서 원자세계를 이해하려는 입장에서 상보성 원리를 말하자면, ‘고전물리학 측면에서 상호 배타적인 개념이 양자물리학의 세계를 이해하는 데는 상호보완적인 역할을 한다’는 것이다.상보성 원리는 하이젠베르크의 불확정성 원리와 불가분의 관계에 있다. 불확정

아인슈타인은 특수상대성이론의 두 가지 한계에 마음이 편치 않았다. 그 하나는 이 이론이 ‘일정한 속도로 운동하는 관성계’에서만 적용된다는 점이고, 다른 하나는 뉴턴의 중력이론을 포함하지 못한다는 점이다.아인슈타인은 특수상대성이론을 가속 운동과 중력이 작용하는 비관성계에서도 성립하는 이론으로 확장하는 방법을 고심했다.그러던 1907년 9월 어느 날 아인슈타인은 베른 특허국의 의자에 앉아 있었다. 그때 문득 한 생각이 떠올랐다.‘만약 어떤 사람이 자유낙하 한다면 그는 자신의 몸무게를 느끼지 못할 것이다.’이 상상은 자신을 화들짝 놀라게

“하이젠베르크의 불확정성 원리 이후 이뤄진 모든 이론물리학의 새로운 발견은 불확정성 원리의 재해석에 불과하다.”아인슈타인 이후 최고의 천재 물리학자라는 평가를 듣는 파인만의 말이다. 불확정성 원리의 물리학사적 평가인데, 이 원리의 영향력이 그만큼 깊고 넓다는 뜻이다.불확정성 원리는 고전역학과 양자역학을 가르는 이정표이자 가장 은밀하면서도 가장 신비로운 자연의 속성을 말해준다.하이젠베르크는 이처럼 엄청난 비밀, 불확정성 원리를 어떻게 발견했을까?고전역학에서는 위치 베이스의 물체 상태와 속도(운동량) 베이스의 물체 상태가 같다. 그러나