양자역학의 함의에 대한 이해

문제는 더 이상 양자 이론이 옳은지가 아니라, 그것이 무엇을 의미하는가 하는 것이다.

거의 한 세기 동안, 물리학자들은 양자역학(QM)에 대한 가장 반직관적인 예측이 실제로 사실일 수 있는지 궁금해했다. 최근 몇 년 동안만 이 질문에 답하는 데 필요한 기술에 접근할 수 있게 되어, 2007년과 2010년에 보고된 놀라운 결과를 포함하여, QM의 주요 예측이 실제로 정확하다는 것을 보여주는 일련의 실험 결과가 가능해졌다. 종합해 보면, 이러한 실험들은 우리가 인지하는 일상적인 세계가 관찰될 때까지 존재하지 않는다는 것을 나타내며, 이는 다시 우리가 이 에세이에서 주장하듯이 자연에서 마음의 주요 역할이라는 것을 시사한다. 따라서 QM의 기초에 관련된 사람들뿐만 아니라 과학계 전반이 QM의 가장 논란이 많은 예측의 반직관적 함의를 직시해야 할 때이다. 수년간, 우리는 QM이 세계가 본질적으로 정신적인 것이라고 암시하는 것처럼 보이는 이유에 대해 광범위하게 썼다(예: 1990, 1993, 1999, 2001, 2007, 2017a, 2017b). 우리는 종종 위안주의나 어떤 형태의 "양자 신비주의"를 지지하는 것으로 잘못 해석되고 잘못 표현된다. 그러므로 분명히 하자: 정신 세계에 대한 우리의 주장은 세계가 단지 개인의 환각이나 상상 행위일 뿐이라는 것을 수반하거나 암시하지 않는다. 우리의 견해는 전적으로 자연주의적이다: 세상의 근저에 있는 마음은 자연 법칙에 따라 행동하는 트랜스 퍼스널 마인드이다. 그것은 구성되지만 어떤 개인의 정신도 훨씬 초월한다.

따라서 이 주장은 우주의 모든 무생물 물질의 역학이 물질로도 이루어진 개인의 뇌 활동이 개인적인 언급에 해당하는 것처럼 트랜스 퍼스널 멘션에 해당한다는 것이다. 이 개념은 임의의 불연속성을 제거하고 물리적 세계의 잃어버린 내적 본질을 제공한다: 살아있는 뇌에서뿐만 아니라 모든 물질은 정신적 활동의 다른 패턴이나 방식을 반영하는 물질의 다른 형태인 내적 경험의 외형이다.

QM에 따르면, 세계는 관찰이 이러한 가능성들 중 하나를 특정한 대상과 사건의 형태로 초점을 맞출 때까지, 엄밀히 말해 "중첩"이라고 불리는 동시적이고 중복된 가능성의 구름으로만 존재한다. 이러한 전환을 기술적으로 "측정"이라고 한다. 정신 세계에 대한 우리의 주장에 대한 핵심 중 하나는 오직 의식 있는 관찰자만이 측정을 수행할 수 있다는 주장이다.

어떤 이들은 검출기와 같은 무생물 물체도 위에서 설명한 방법으로 측정을 수행할 수 있다고 주장함으로써 이러한 주장을 비판한다. 문제는 세계를 별개의 무생물체들로 분할하는 것은 단지 명목상일 뿐이라는 것이다. 암석은 그것이 구성하는 것을 돕는 산에 필수적인가? 그렇다면 산에서 떨어져 나간다는 것만으로 별개의 물체가 되는 것일까? 만약 그렇다면, 산과 다시 접촉할 때마다 비탈길을 따라 튕겨져 내려올 때마다 측정을 수행합니까? 이러한 질문에 대한 간략한 고찰은 검출기의 경계가 임의적이라는 것을 보여준다. 무생물 세계는 QM에 의해 통제되는 단일 물리적 시스템이다. 실제로 존 폰 노이만이 처음 주장했고 우리 중 한 사람의 연구에서 다시 설명했듯이, 두 무생물체가 상호 작용할 때 양자역학적으로 서로 얽히게 된다.

좀 더 구체적으로 말해보자. 잘 알려진 이중 슬릿 실험에서 전자는 두 개의 작은 슬릿을 통해 발사된다. 그것들이 슬릿에서 관찰될 때, 전자는 확실한 입자로 작용한다. 그들이 구멍을 통과한 후에만 관찰될 때, 전자는 가능성의 구름처럼 행동한다. 1998년, 이스라엘에 있는 바이즈만 연구소의 연구원들은 감지기가 구멍에 놓였을 때 전자가 확실한 입자로 작용한다는 것을 보여주었다. 언뜻 보기에, 이것은 측정이 의식적인 관찰자를 필요로 하지 않는다는 것을 나타내는 것처럼 보일 수 있다.

그러나 검출기의 출력은 사람이 의식적으로 관찰할 때만 알 수 있다. 이러한 의식적인 관찰 이전의 측정 가설은 설득력 있는 이론적 또는 경험적 근거가 부족하다. 결국, 위에서 논의한 바와 같이, QM은 전자, 슬릿 및 검출기가 결합된 전체 시스템이 누군가가 검출기의 출력을 보기 전에 얽힌 중첩 위치에 있지 않을 이유를 제공하지 않는다.

이와 같이, 의식 있는 관찰자는 필수적일 수 있으며, 소위 "지연된 선택 양자 지우개" 실험에 관해 우리 중 한 명이 더 정교하게 만든 아이디어이다. 결론적으로 우리는 탐지기가 실제로 측정을 수행한다는 것을 알 수 없다. 왜냐하면 우리는 지식에서 우리 자신을 추출할 수 없기 때문이다. 막스 플랑크의 입장을 상기하라: "나는 의식을 기본이라고 생각한다. 나는 물질을 의식에서 파생된 것으로 간주한다. 우리는 의식의 뒤에 있을 수 없다."

어떤 사람들은 "비일관성"의 현대적 개념이 의식을 측정의 매개체로 배제한다고 주장한다. 이 주장에 따르면, 중첩 상태에 있는 양자계를 조사하면, 중첩 상태에 있는 중복 가능성에 대한 정보가 "새어 나와" 주변 환경으로 분산된다. 이는 측정 후 중첩이 식별 불가능해지는 이유를 상당히 기계적으로 설명한다고 한다.

그러나 문제는 비일관성이 주변 환경의 상태가 처음부터 어떻게 확실해지는지를 설명할 수 없기 때문에 측정 문제를 해결하거나 의식의 역할을 배제하지 못한다는 것이다. 사실, 비일관성의 아버지 중 한 명인 Wojciech Zurek가 인정했듯이,

…[우리가 왜 확실한 세계를 인지하는가 하는 질문에 대한 철저한 대답은 의심할 여지 없이 '의식'의 모델을 포함해야 할 것이다. 왜냐하면 우리가 정말로 묻고 있는 것은 단지 대안들 중 하나에 대한 '의식'에 대한 우리의 [의식] 인상에 관한 것이기 때문이다.

사실, 얽힌 양자계의 행동의 특이한 통계적 특성(즉, 소위 "벨과 레게트의 불평등"에 대한 실험적으로 확인된 위반)은 측정의 기관으로서 의식을 제외한 모든 것을 배제하는 것처럼 보인다. 어떤 이들은 얽힘이 미시적인 시스템에서만 관찰되며, 따라서 그 특이성은 테이블과 의자의 세계와는 무관하다고 주장한다.

그러나 최근 몇 가지 연구(예: 2009, 2011 및 2015)는 훨씬 더 큰 시스템에 대한 얽힘을 입증했기 때문에 그러한 주장은 사실이 아니다. 작년에 한 논문은 심지어 "거대한" 물체에도 얽힌다고 보고했다. 게다가, 양자 중첩은 작은 금속 패들과 살아있는 조직처럼 다양한 시스템에서 관찰되었다. 분명히 QM의 법칙은 모든 규모와 기질에 적용된다.

중첩을 보존하는 것은 양자 시스템이 크기에 관계없이 우리에게 직접 의식적인 이해를 통해 알려진 테이블과 의자의 세계로부터 얼마나 잘 격리되는가 하는 것뿐이다. 중첩이 이 세상에 노출되어도 살아남지 못한다는 것은 확실한 물리적 현실의 출현에서 의식의 역할을 시사한다.

철학적으로 가장 논란이 되는 QM의 예측이 - 마침내 - 허점 없이 실험적으로 확인되었으므로, QM의 함축적 의미를 직시하지 않으려는 사람들에게는 더 이상 변명의 여지가 없다. 우리가 현재 거짓으로 알려진 현실에 대한 관점에 따라 계속 살지 않도록, 우리는 자연이 자신에 대해 반복적으로 우리에게 말하고 있는 것을 이해하는 쪽으로 문화적 대화를 전환해야 한다.