아인슈타인의 찬란한 실수: 엉킨 상태 |체드 오르젤(Chad Orzel)

전체 강의: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

아인슈타인과 물리를 생각해 볼 때는, 아마도 E=mc^2가 가장 먼저 떠오를 것이다. 하지만 그 분야에서 그가 가장 크게 남긴 업적은 실제로 이상한 형식의 철학적인 주석으로 1935년에 그가 공동저작한 논문에서 와쏙, 그것은 결국 틀린 것으로 판명이 났지만. 체드 오르젤은 아인슈타인의 엉킨 상태의 이상한 현상에 대한 "EPR"논문과 그의 영감에 대해 자세히 설명한다.

강의: 체드 오르젤
영상: 군보르그/바냐이

알버트 아인슈타인은 양자역학을
착수하는 핵심적인 역할을 했죠.

광전자 효과라는 그의 이론을
통해서 말이죠.

하지만 그는 그 철학적 암시로
상당히 곤혹스러워 했습니다.

또 우리 대부분은 그를 E=MC^2를
추론한 것으로 기억하지만

물리학에 그의 마지막으로 기여한것은
사실 1935년에 쓴 논문인데,

그의 젊은 동료 보리스 포도스키와
나산 로젠와 공동 집필했습니다.

1980년대 까지도 이상한 철학적인
주석으로써 간주되는

이 EPR논문은 최근에 양자 물리학의
새로운 이해에 중심역할을 했는데,

이상한 현상의 묘사로써

이제는 엉킨 상태로써
알려져 있습니다.

논문은 두개의 측정가능한 구성요소의
분자쌍을 밀어내는 원천을

고려하는 것으로 시작합니다.

이 측정의 각각은 동등한 가능성의
두가지 결과를 가집니다.

0 이나 1은 첫번째
구성요소에 대한 것이고

A 나 B는 초에 대한 것이라고
가정합시다.

일단 측정이 수행되면,

같은 분자내의 같은 구성요소의
바로 이어진 측정은

같은 결과를 초래합니다.

이 각본의 이상한 암시는

하나의 분자의 상태가

그것이 측정될 때까지
결정되지 않을 뿐 아니라,

그 측정이 그
상태를 결정하게 됩니다.

더우기, 그 측정은
서로에게 영향을 줍니다.

만일 당신이 1 의 상태로써
하나의 분자를 측정하고,

두번째 종류의 것으로
연이어서 측정한다면,

A 또는 B를 얻을 확률은 50%이지만

그 다음에 첫번째 측정을 반복한다면,

당신이 0를
얻을 확률은 50%입니다.

그 분자가 이미 1 에서
측정이 되었을지라도 말이죠.

그래서 측정되는 구성요소를 바꾸는 것은
원래의 결과의 위치를 바꾸어,

새롭고, 무작위적인 가치를 허용합니다.

두개의 분자를 함께 보면
결과는 더 이상해 집니다.

각 분자는 무작위적인 결과를
나타내겠지만,

만일 그 두개를 비교해 보면,

당신은 그것들이 항상 완전하게 상호
연관되어 있다는 걸 발견할 겁니다.

예를들어, 만일 두 분자들이
0 에서 측정되었다면,

그 관계는 항상 밀착할 것입니다.

그 두개의 상태는 서로 엉킵니다.

하나를 측정하는 것은 다른 하나를
절대적인 확실함으로 알려줍니다.

하지만 이 엉킴은 아인슈타인의 유명한
상대성의 원리를 반박하는 것 같습니다.

왜냐하면 분자 사이의 거리를
제한하는 것은 아무것도 없으니까요.

만일 뉴욕시각으로
정오에 하나를 측정하고,

나노1초후에 다른 하나를
샌프란시스코에서 측정한다면,

그것들은 여전히 완전히 같은
결과값을 낼 것입니다.

하지만 만일 그 측정이
그 가치를 결정한다면,

그 다음에 이것은 하나의 분자가
다른 분자에게 신호같은 것을

광속의 1300만 배로 보내져야 할
필요가 있는데,

상대성원리에 의하면,
그건 불가능하죠.

이러한 이유로, 아인슈타인은
엉킴을 "spuckafte ferwirklung,"

또는 장거리에서의 무시무시한
행위라고 일축해 버렸습니다.

그는 양자역학이 완전하지 않은
이론이라고,

두개의 분자에서 더 깊은 현실의
단순한 근접은

미리 정해진 상태가 우리에게
숨겨져 있다고 판단했습니다.

닐스 보어에 의해 이끌어진
양자이론의 정설파의 지원자들은

양자 상태가 실제로는 근본적으로
정해져 있지 않고

엉킴이 하나의 분자가 그 장거리
파트너의 상태에 의존하도록

허용한다는 의견을
지속적으로 주장합니다.

30년동안, 물리학은 곤경에 처해있는
상태를 유지했는데,

그것은 존 벨이 EPR 테스트의 핵심이
두개의 분자에서 다른 측정을 하는 것과

연관된 사례들을 살펴봐야 한다는 것을
알아냈을 때까지 계속되었습니다.

아인슈타인, 포돌스키와 로젠이 선호했던
국부적으로 숨겨진 변수 원리는

1 A 또는 B 0와 같은 결과를 얼마나
얻게 될지 엄격하게 한정시키는데,

그것은 결과가 사전에
결정되어야만 하기 때문입니다.

벨은 순수한 양자접근을 보여주었는데,

그것은 상태가 측정이 될 때까지
정말 측정되지 않는 것은

미리 결정하는 각본이 불가능한
다른 한계를 나타내게 되고

혼합된 측정결과를 예측하는 것입니다.

일단 벨이 EPR논쟁을
시험하는 방법을 알게 되자

물리학자들이 나가서 시험을 했습니다.

70년대에 존 클라우저를 시작으로
80년대 초기에 알렌 에스페,

수십개의 실험이 EPR예측을 시험했고,

모두 같은 결과를 발견했습니다:

양자 역학이 옳다.

엉킨 분자들의 미결정상태의
상관관계는 사실이며

어떤 더 깊은 변수로도
설명될 수 없다.

EPR논문은 틀린것으로 판명이 났지만,
훌륭하게 틀린것이었죠.

양자 물리학의 토대에 관해서
심사숙고하도록 물리학자를 이끌어

EPR논문은 그 이론을
심화적으로 상술하도록 이끌었고,

양자정보같은 연구인, 이제는
그 잠재력으로 번성하는 영역으로

견줄 수 없는 힘의 컴퓨터를 개발할
수 있는 연구를 착수하도록 이끌었죠.

불행하게도,
측정된 결과의 무작위성은

엉킨 분자들을 이용하여 빛보다
더 빠르게 보내는 것과 같은

과학 소설의 각본을 방해합니다.

그러니, 상대성 원리는
현재로서는 안전합니다.

하지만 양자 우주는 아인슈타인이
믿고 싶어했던 것보다 훨씬 이상합니다.