사우샘프턴대 더글러스 로스의 양자물리 에세이, 해커뉴스에서 숨은 변수와 초결정론 논쟁 다시 소환

글쓴이가 사우샘프턴대 더글러스 로스 교수임. 저 URL만 봐도 학교에 아주 오래 있었던 게 보이고, 요즘은 직원도 아이디를 직접 못 정한다더라. 후속편으로 I DO Understand Relativity도 썼음.

나도 이해 못 함 ㅋㅋ EPR 역설은 대체 어떻게 되는 거임? 측정 순간 붕괴되는 값이 사실 미리 정해져 있던 거면 빛보다 빠를 필요도 없는 거 아님?

그게 바로 숨은 변수 이론임. 국소적 숨은 변수는 벨 부등식 위반 때문에 불가능하다고들 하는데, 초결정론을 받아들이면 구멍이 생김. 측정자가 뭘 측정할지 고르는 것까지 입자가 화면에 도달할 경로와 같은 시점에 정해져 있었다는 발상임.

그래서 나온 게 무신호 정리임. 얽힘이 순간적으로 전파돼도 앨리스가 자기 결과를 빛의 속도로 알려주기 전까지 밥은 아무 정보도 못 얻음. 측정 시점에 새로 공유되는 정보는 없음.

얽힌 입자 쌍을 멀리 떼어놓고 50/50 기저로 동시에 재면 각각은 랜덤인데 비교하면 완벽하게 상관됨. 벨 부등식 실험은 국소 숨은 변수로는 못 만드는 상관을 보여줬고, 아인슈타인이 말한 유령 같은 원격 작용이 거의 즉시 전파되는 것처럼 보임.

인과 집합 프로그램이랑 대수적 양자장론을 배우고 나서야 좀 이해됨. 시공간이 입자가 놓이는 전역 배경이 아니라 상호작용 통계에서 파생되는 거라고 보면 이중슬릿 같은 역설이 거의 사라짐.

알랭 아스페가 팟캐스트에서 시각화와 상상력을 새 아이디어 만드는 데 쓴다고 했음. 다만 어떤 정신적 그림도 양자물리를 정확히 나타낼 수 없어서 항상 계산으로 검증해야 한다고 하더라.

파인만 왈, 아무도 양자역학을 이해하지 못한다고 자신 있게 말할 수 있다고.

양자역학을 이해했다고 생각하면 넌 이해하지 못한 거다, 이것도 파인만 말이라고 함.

그게 파인만 시대에도 사실이었는지 모르겠는데, 지금은 훨씬 덜 사실임.

미리 정해진 값이 바로 국소 숨은 변수이고 벨 부등식이 그걸 배제함. 아스페의 1982년 CHSH 실험이 위반을 측정했음.

정확히는 벨 부등식이 배제하는 건 국소 숨은 변수임. 파일럿 파동 이론, 즉 보엄 역학은 비국소 숨은 변수 이론으로 시도된 것임.

초결정론을 가정하면 배제되지 않음.

원격 작용이 이상하게 느껴지는 건 공간과 국소성에 대한 우리 직관이 틀렸기 때문일지도. 어쩌면 양자 얽힘이 국소성 자체를 정의하는 쪽이고 우리가 거꾸로 보고 있는 걸 수도 있음.

이 글 훌륭해서 Zotero 읽을 목록에 추가함. 양자물리 독학하려면 QFT for the Gifted Amateur가 평이 좋음.

그 책 좋긴 한데 학부 수준 수학과 물리가 선행돼야 함. 대부분은 그 배경이 없어서 그 전에 볼 소스가 필요함.

선수 지식 없이 볼 수 있는 Atomic Physics for Everyone도 있음.

이해라는 말에 이의를 제기하고 싶음. 폭포 비유를 봐도 흐름과 중력 개념이 없는 환경에서 온 외계인에게는 설명이 안 통함. 양자론에 충분히 젖은 물리학자들이 서로 논의하는 건 공유된 언어와 은유가 있어서임.

그럼 AI는 지구에서 살아본 적 없는데 어떻게 폭포 그림을 생성함?

모래 폭포를 상상하면 됨. 작은 모래 알갱이들이 동시에 움직여서 유동성이 생김. 충분히 젖은 물리학자만 이해한다는 건 게이트키핑 같고 근거도 없음. 양자역학을 이해하려면 물리학을 알아야 하고, 스케일만 다를 뿐임.