겹실틈 실험과 상호작용 없는 측정
4월 7일로 예정된 보조세미나에서 나눌 이야기를 위해 제가 이전에 이 게시판에 썼던 글 몇 개를 정리해 두고자 합니다.
(1) 상태함수는 물리적 실체가 아니지만 물리적 실재라는 주장
장회익 선생님의 관점은 특별합니다. 상태함수, 즉 대상에 대한 정보를 모두 갖고 있는 상태함수를 파동이나 입자와 같은 물리적 실체로 보아서는 안 된다고 하면서도 동시에 물리적 실재로 받아들여야 한다고 보는 입장입니다.
이에 대해 보충설명을 한 글이 "상태함수, 물리적 실재, 물질적 실체 (2020-03-02)"입니다.
<공리4>에서 상태전환이라는 개념을 더 파헤칠 필요가 있습니다.
가볍게 읽을 거리로 "파동함수, 웨이비클, 양자라는 용어 (2020-03-02)"도 있습니다.
(2) 겹실틈 실험의 해석, 세겹실틈
장회익 선생님의 <공리4>를 겹실틈 실험에 직접 적용하여 이를 쉽게 이해할 수 있습니다.
겹실틈 실험은 가장 이야기도 많이 되고 가장 오해와 왜곡도 많은 사고실험이었습니다. 1980년대 이래 이제는 실제로 실험을 통해 확인하고 '경험'할 수 있는 보통의 실험이 되었습니다.
'간섭'이란 개념을 도입하지 않고도 겹실틈 실험을 이해할 수 있다는 것이 핵심입니다.
공리4, 겹실틈 실험, 양자이론의 확률 (2022-03-10)
이 문제는 세겹실틈 실험에서 더 확연하게 드러납니다.
(3) 상호작용 없는 측정 (엘리추르-바이드만 실험)
빛살가르개, 마흐-첸더 간섭계, 엘리추르-바이드만 실험 (2022-02-20)
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Elitzur–Vaidman_bomb_tester
자비네 호센펠더(Sabine Hossenfelder)의 채널 "Science without the gobbledygook"에서 엘리추르-바이드만 실험을 다룬 것이 아주 유용합니다.
(" target="_blank" rel="noopener">Why is quantum mechanics weird? The bomb experiment)
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마흐-첸더 간섭계를 컴퓨터 상에서 직접 실행해 볼 수 있습니다.
Virtual Mach-Zehnder Interferometer
첨부파일 : MachZehnder_Pereira_PhysEduc2009.pdf
"하지만 양자역학이 보통의 의미의 물리학이 아니라면, 다시 말해서 물질이나 에너지나 파동에 관한 것이 아니라면, 그럼 뭐에 관한 거지?"
"양자역학은 정보와 확률과 관측가능량(물리량), 그리고 그것들이 서로 어떤 관계에 있는가 하는 것에 관한 얘기야."
https://theinspirationroom.com/daily/2007/ricoh-intelligent-models-talk-quantum-physics/
“But if quantum mechanics isn’t physics in the usual sense, if it’s not about matter or energy or waves, then what is it about?”
“Well, from my perspective, it’s about information, probability and observables and how they relate to each other”.
엘리추르-바이드만의 상호작용 없는 측정(IFM, interaction-free measurement)에 대한 흔한 설명들은 대개 입자-파동 이중성을 거론하면서 중첩(superposition)이 큰 영향을 준 것처럼 말합니다. 또 폭탄이라는 것이 일종의 '관측'이라서 관측자가 역할을 한다고도 말합니다. 쉬운 문제는 아니라서 그럴듯하다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 대체로 이러한 해석들은 옳지 않습니다.
엘리추르-바이드만 실험을 설명하는 여러 비디오 영상을 검토하다가 그나마 해석이 덜 들어가고 그 실험의 내용에 집중하는 것이 있어서 그 링크를 가져옵니다.
" target="_blank" rel="noopener">The Elitzur-Vaidman Bomb Tester
상호작용 없는 측정(IFM)에 대해 전형적인 물리학과 강의를 아래 MIT 공개강의에서 들을 수 있습니다.
MIT 8.04 Quantum Physics I, Spring 2016
Part 1: Basic Concepts
강사는 바턴 츠비바흐(Barton Zwiebach) 교수인데, 칠판과 분필로 강의하는 모습이 인상적입니다. 2016년인데 1980년대 같은 느낌도 납니다.
제2강이 상호작용 없는 측정을 다루고 있습니다. 특히 아래 두 영상입니다. 자막도 있고 대본도 있으니까 의외로 쉽게 따라갈 수도 있습니다.
L2.3 Mach-Zehnder interferometers and beam splitters (15:32)
L2.5 Elitzur-Vaidman bombs (10:29)
유튜브에서도 직접 강의를 볼 수 있습니다.
" target="_blank" rel="noopener">The nature of superposition. Mach-Zehnder interferometer
" target="_blank" rel="noopener">Elitzur-Vaidman bombs
유튜브 영상은 해상도가 더 높습니다.
어제 보조세미나에서 '변별체'에 대한 질문이 꽤 있었는데, 제가 이전에 쓴 글 "대담 5-3의 보충 3: 변별체 개념"이 도움이 되리라 생각합니다. 다시 읽어보니 장회익 선생님의 대담을 듣고 바로 쓴 글이어서 지금 봐도 필요한 내용이 다 담겨 있는 것 같습니다.