[비즈월드] 그동안 물리학자들은 양자 역학에서 두 명의 관찰자가 서로 다른 상충되는 현실을 경험할 수 있다고 오랫동안 여겨왔습니다. 하지만 이를 입증하는 것은 사실상 불가능해 보였습니다.

이런 가운데 영국 에딘버러 헤리엇 와트 대학교(Heriot-Watt University)의 마시밀리아노 프로이에티(Massimiliano Proietti)와 연구진들은 특별한 실험을 통해 이런 사실을 입증했다고 ‘MIT(매사추세츠공과대학교) 테크놀러 리뷰’가 전했습니다.

지난 1961년, 노벨상 수상자인 물리학자 유진 위그너(Eugene Wigner)는 양자 역설의 하나를 보여주는 사고 실험을 시도했습니다. 이 실험은 우주의 이상한 본질이 어떻게 위그너와 위그너의 친구 두 관측자가 다른 현실을 경험하게 하는지를 보여줍니다.

그 이후 물리학자들은 측정의 본질을 탐구하고 객관적인 사실이 존재할 수 있는지에 대해 논쟁하기 위해 ‘위그너의 친구’ 사고 실험(Thought Experiment)을 사용했습니다. 과학자들에게는 객관적인 사실을 입증하기 위한 실험을 수행하기 때문에 이 실험이 중요합니다.

지난해 물리학자들은 양자 기술의 최근 발전으로 인해 실제 실험에서 위그너의 친구 테스트를 재현할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 다른 말로하면 서로 다른 현실을 만들어 실험실에서 비교해 일치 여부를 판단할 수 있어야 합니다.

영국 에딘버러 대학의 마시밀리아노 프로이에띠(Massimiliano Proietti)와 연구진들은 처음으로 다른 현실을 만들어 비교했습니다. 그들의 결론은 위그너가 옳았다는 것을 입증해 보인 것입니다. 즉, 관찰자들로부터 독립된 객관적인 현실은 없다는 것입니다.

위그너의 독창적인 사고 실험은 원칙적으로 간단합니다. 그것은 측정될 때 수평 편광 또는 수직 편광을 가질 수 있는 단일 편광 광자로 시작합니다. 그러나 양자 역학의 법칙에 따르면 측정하기 전에 광자는 두 가지 편광 상태가 동시에 존재하는, 소위 '중첩'으로 존재합니다.

위그너의 '사고 실험'은 다음과 같습니다. 위그너는 다른 실험실에서 광자의 상태를 측정하고 결과를 저장하는 자신의 친구를 상상했습니다. 반면 위그너는 멀리서 관찰합니다. 위그너는 친구의 측정에 대한 정보가 없으므로 이 실험의 가능한 모든 결과에 중첩이 있다고 가정해야합니다.

위그너는이 중첩이 존재하는지 여부를 결정하기 위해 실험을 수행 할 수도 있습니다. 이것은 광자와 측정이 실제로 중첩되어 있음을 보여주는 일종의 간섭 실험입니다.

위그너의 관점에서 볼 때, 이것은 ‘사실’입니다. 중첩이 존재합니다. 그리고 이 사실은 측정이 일어나지 않았음을 시사합니다.

그러나 이것은 실제로 광자의 양극화를 측정하고 그것을 기록한 친구의 관점과 완전히 대조적입니다. 결과가 공개되지 않았다면 실험에 참가한 다른 친구는 심지어 위그너에게 전화를 걸어 측정이 끝났다고 말할 수도 있습니다.

따라서 두 가지 현실은 서로 상충됩니다. "이것은 두 관측자가 설정한 사실의 객관성에 의문을 제기한다"고 프로이에띠와 연구진들은 밝혔습니다.

그들은 6개의 얽힌 광자를 사용해 위그너를 대표하는 1개의 가상 현실과 위그너의 친구를 나타내는 1개의 가상 현실을 만들었습니다. 위그너의 친구는 광자의 양극을 측정하고 그 결과를 저장합니다. 위그너는 간섭 측정을 수행해 측정 및 광자가 중첩되는지 여부를 결정합니다.

실험을 통해 얻은 명확한 결과는 위그너가 예측 한 것과 같이 객관적인 실재가 양립 불가능한 결과를 낳을지라도 공존할 수 있다는 것입니다.

이 같은 실험결과는 물리학자들로 하여금 현실의 본성을 다시 생각하게 하는 몇 가지 흥미로운 질문을 제기합니다.

관찰자가 근본적으로 일종의 근본적인 현실에 대한 측정을 조정할 수 있다는 생각은 몇 가지 가정에 근거합니다. 첫 번째는 보편적인 사실이 실제로 존재하며 관찰자는 그것들에 동의 할 수 있다는 것입니다.

그러나 다른 가정들도 ​​있습니다. 하나는 관찰자가 원하는 관측을 자유롭게 할 수 있다는 것입니다. 다른 하나는 관찰자가 하는 선택이 다른 관찰자가 내리는 선택에 영향을 미치지 않는다는 것입니다. 물리학자가 지역성(locality)이라고 부르는 가정입니다.

모든 사람이 동의 할 수있는 객관적인 현실이 있다면, 이 가정들은 모두 유지됩니다.

그러나 프로이에띠와 그의 연구진의 실험 결과는 객관적인 현실이 존재하지 않는다는 것을 암시합니다. 즉, 우리가 동의할 수 있는 현실, 선택의 자유가 있다는 생각, 지역성에 대한 생각 등 잘못된 가정이 하나 이상 있다는 것입니다.

이 연구는 과학자들의 연구에 중요한 영향을 미칠 것으로 MIT테크놀러지 리뷰는 예상했습니다. ‘과학적 방법은 반복적인 측정을 통해 확립 된 사실에 의존하며, 누가 그것을 관찰했는지 독립적으로 보편적으로 동의하는 방법’으로 받아들여져 왔지만 이번 실험결과를 통해 이 생각을 달라질 수밖에 없을 것으로 보인다는 입장입니다.