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Date 2017/09/13 21:00:16
Name   여기좀
Link #1   본인
Subject   고양이는 왜 박스를 좋아하는가?
고양이과 동물들의 박스 사랑은 이미 많은 이들에게 알려진 유명한 사실입니다.

아깽이 부터 호랭이, 사자까지 고양이과라면 박스를 보고 그냥 지나칠수 없죠

이런 고양이들의 박스 사랑은 오래전부터 사람들의 구전을 통해 전해내려져 왔지만 문서로 남아 있는 기록은 1935년 오스트리아의 고양이 집사 에르빈 슈레딩거의 유명한 고양이 실험이 그 시작이라고 할수 있습니다.

이 실험은 쉽게 이야기 해서 고양이가 집사와 놀아주기 위한 술래잡기 놀이에서 시작되었다고 할 수 있습니다. 
고양이가 박스에 들어가면 집사가 고양이에게 "고양아 고양아 뭐하니?"라는 물음에 여러가지 답을 하면서 종국엔 ["죽었니? 살았니?"]를 물어보는 실험입니다. 
여기에 대한 대답으로 슈레딩거의 고양이는 살아있기도 하고 동시에 죽어있기도 한다는 해괴망측한 대답을 함으로써 집사에게 빡침을 선사하는 놀이가 되겠습니다.

문제는 그동안의 고전역학으론 고양이가 삶과 죽음이 중첩된 상태를 가질수 없다는데 있습니다. 
고양이가 들어 있는 박스엔 방사성 동위원소가 들어있고 센서가 방사선을 감지하면 독극물이 들어있는 병을 깨트리는 장치가 들어 있습니다. 
고양이는 박스를 안열어봐도 운이 나쁘면 죽어있거나, 아니면 살아 있거나 둘 중의 하나여야 합니다. 
양자역학에서 말하는것 처럼 죽어있는것과 동시에 살아 있을순 없습니다. 
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그런데 양자역학에선 모든 물질은 측정되기전엔 중첩된 상태로 존재한다라고 이야기 합니다. 그 증거는 유명한 이중슬릿 슬험을 통해 바로 확인할수 있습니다.
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위의 그림 처럼 전자를 두 구멍을 통해서 통과 시키면 뒤의 스크린에 두줄의 흔적이 나타나야 정상입니다. 
그런데 진짜 실험을 해보면 여러줄의 흔적(간섭무늬)이 뒤쪽 스크린에 나타나게 됩니다. 
전자를 하나씩 쏴 보내봐도 마찬가지입니다. 

이런 흔적은 파도나 음파가 두 구멍, 즉 이중슬릿을 통과할때 나타나는 현상입니다. 
입자로 알고 있는 전자가 사실은 파동처럼 행동한다는 이야기입니다.
다시 말해 하나의 전자가 두 구멍을 동시에 통과한다는겁니다. 
(이 실험은 전자가 아니라 양성자나 중성자로 실험해도 마찬가지입니다.)
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이건 상식적으로 말이 안되는 이야기입니다. 
그래서 이번엔 전자가 어느구멍을 통과하는지 측정을 해 봅니다. 
그런데 이번엔 아래 그림과 같이 뒤쪽 스크린에 두 줄의 흔적만 남게 됩니다.
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미치고 환장할 노릇입니다. 
전자가 의식을 가지고 있는것처럼, 누가 보면 양쪽중 하나의 구멍만 통과하고 안보면 두 구멍을 동시에 통과하는거 처럼 보입니다. 
(본다는 말은 측정당한다는 이야기입니다. 더 정확히 이야기 하면 정보의 전달입니다.)

양자역학에선 전자는 측정하기 전엔 파동함수로 확률적으로 분포하며 측정하게 되면 파동함수가 붕괴되어 하나의 입자로 관측된다고 설명합니다. 
언뜻보면 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할수 없다는 불확정성의 원리와 비슷해 보이는데 사실은 좀 다른 이야기입니다. 
하여튼 미시세계는 이렇게 비상식적인 세계입니다.

그런데 우리가 사는 거시계는 모든 물질들이 단 하나의 결정된 상태로 존재합니다. 
양자역학에서 이야기 하는것 처럼 동시에 여러군데에 존재가능한 상태가 아니죠 
그래서 슈레딩거는 미시계에세 작동하는 양자역학이 왜 거시계에선 작동하지 않으며, 그럼 미시계와 거시계를 어디까지 구분지을수 있느냐?하는 허를 찌르는 사고 실험을 제안한겁니다. 

방사선 동위원소는 양자역학이 작용하는 미시계입니다. 
그리고 고양이는 거시계에 존재하죠 독극물이 들어 있는 병도 거시계입니다. 
그렇게 쭉 타고 올라가면 결국 어디서 부터 양자역학이 통하는 세상이라는 말이냐?가 나오게 됩니다. 

결론을 이야기 하자면 거시계의 물질도 양자역학에서 이야기 하는것 처럼 둘 이상의 장소에 동시에 확률적으로 분포할수 있습니다. 
하지만 현실에서, 예를 들어 인간이 두 곳 이상의 장소에 동시에 존재할수 없는건 매일, 매순간 측정당하고 있기 때문입니다. 
전자와 같은 미립자들이 파동함수로 존재하는건 측정이라는 문제가 관여할 확률이 적은 세계이기 때문입니다.

좀더 쉽게 이야기 하면 전자와 같은 아주 작은 입자들은 공간을 이동하면서 다른 입자들과 상호관계를 맺을 확률이 낮습니다. 
이중슬릿의 실험을 보통의 환경에서 전자가 아니라 흑연처럼 큰 분자들로 하게 되면 간섭무늬가 사라지게 됩니다. 
이중슬릿을 통과하는 동안 공기중의 여러 분자나 입자들, 광자등과 충돌해서 측정을 당하기 때문입니다. 
하지만 전자기파가 완전히 차단된 진공에서 실험하게 되면 이런 큰 분자들도 간섭무늬가 나타납니다. 
즉 거시계(흑연분자)도 다른 상호작용을 완전히 제거한 환경에선 파동함수로 존재하게 된다는 겁니다. 

그렇다면 사람도 전자기파가 완전히 차단된, 암흑의 절대 영도의 온도와 완전한 진공상태(여기서 불가능)에선 파동함수로 존재할수 있다라는 이야기입니다. (하지만 사람은 적외선을 방출해서 안되겠지) 
그런 환경에 노출되면 파동함수고 뭐고 간에 사망하겠지요 크크크

그래서 결론은 고양이는 박스를 좋아한다는 겁니다.



카루오스
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17/09/13 21:08
......왜죠?;
토니토니쵸파
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17/09/13 21:08
고양이가 박스를 왜 좋아하는지 완벽히 이해됐습니다!
Danial
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17/09/13 21:09
왜 이 글이 댓글이 없는지 클릭하고서야 알았습니다.
소주
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17/09/13 21:09
음 그러니깐 양자역학때문이라는거군요??
Serazio
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17/09/13 21:13
음... 역시 그런거였군요?!
세인트
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17/09/13 21:13
시작부터 재밌더니
명문의 완성을 위해 가장 중요하면서도 가장 어렵다는 멋진 마무리까지.

이건 진짜 추천 안 할 수 없었습니다.
공상만화
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17/09/13 21:13
즉 고양이가 거시계이고 박스는 미시계라서 고양이가 박스에 들어가야 완전체가 되는군요.
지수
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17/09/13 21:15
고양이 글에 댓글이 없을 수 있다니 생각하고 클릭하니..
Galvatron
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17/09/13 21:16
호킹의 그랜드 디자인에서 이중슬릿 실험에서 탄소60인 버키볼까지는 간섭패턴이 확인되였고 과학자들은 바이러스같은 큰 입자를 가지고 실험해볼 방법을 연구중이라고 했던거 같은데 제 기억이 틀렸나요?
패러다임
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17/09/13 21:17
그래서 오늘 날씨가 좋았던거였군요.. 좋은 글 감사합니다.
지나가다...
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17/09/13 21:19
아하, 그래서 고양이가 박스를 좋아하는 것이었군요...( '-')
Neanderthal
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17/09/13 21:26
양자역학...그거슨 오묘한 세계!...
영원한초보
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17/09/13 21:35
에스퍼맨도 측정당하면 변신을 할 수가 없습니다.
SEO2015
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17/09/13 21:38
가끔 양자역학 관련 글을 읽으면서 드는 생각이...
어쩌면 양자역학의 모든 비밀을 풀면 신의 실존을 입증할 수도 있지 않나 싶습니다. 모든 것을 관측하는 존재가 아닐까 하는;
양돌
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17/09/13 21:41
볼때마다 측정이 정확히 어떻게 하는건지 몰라서 이해가 안되더군요.
Maiev Shadowsong
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17/09/13 21:42
아하 그렇군요!



라고하면 유식해보일까요
여기좀
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17/09/13 21:43
맞습니다 제가 흑연분자를 이야기 한건 흑연분자로 실험해도 결론은 같기 때문입니다 단 분자량이 큰 물질은 실험 환경을 만들기 어렵죠
Maiev Shadowsong
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17/09/13 21:43
아하 그렇군요!



라고하면 유식해보일까요
MiracLe
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17/09/13 21:50
2번 고양이가 요염해서 추천 누르고 갑니다.
코왕
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17/09/13 21:53
...뭐요?
여기좀
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17/09/13 21:55
쉽게 생각해서 사진을 찍거나 확대해서 보거나 라고 생각할수도 있지만 정확한건 그 입자의 정보가 외부로 전달되는 겁니다
-안군-
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17/09/13 21:58
아항! 고양이가 왜 박스를 좋아하는지에 대한 의문이 확실히 풀렸습니다!
아린미나다현
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17/09/13 21:59
거시기하네여
히용
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17/09/13 21:59
집사라서 당했다!
아마그래머
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17/09/13 22:01
... 이게 뭔소리야..
눈물고기
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17/09/13 22:03
관측이라는 행위의 정의가 뭔가요?
juli39
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17/09/13 22:05
어렸을 적에는 실험입자가 너무 작기 때문에 촬영등을 할 때 기기에서 나오는 전자파 같은 것에 영향을 받아서 그런거 아닌가라고 생각하고 지나갔었는데 어렵네요.
여기좀
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17/09/13 22:10
그곳에 입자가 있다는 사실이 외부로(우주) 전달 되는것을 측정이라고 합니다
여기좀
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17/09/13 22:19
그 설명도 맞다고도 할수있고 틀리다고도 할수 있습니다. 입자에게 직접 물리량을 통한 운동량의 변화로 파동함수가 붕괴된다는 불확정성의 원리에 대해서 직접 그 입자에 물리적 영향을 주지 않아도 간섭무늬가 사라지는 실험이 있었습니다
낭만서생
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17/09/13 22:20
양자역학으로 다른결과물 평행우주를 설명할수 있는건가요?
살려야한다
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17/09/13 22:30
내가 그의 이름을 불러주었을 때
그는 나에게로 와서
꽃이 되었다

관측을 통해서야 비로소 존재함을 나타내는 시죠.
chamchI
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17/09/13 22:48
이 양자역학이 심리학에서 말하는 꿈이론과 연결시키면 재미있을 것 같은데
뭐 그런 종류로 연구중인 학문은 없을라나요
Entropy
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17/09/13 23:00
그래서 저게 슈뢰딩거의 고양이가 맞죠?
루카와
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17/09/13 23:12
파인만씨, 농담도 잘하셔~
여기좀
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17/09/13 23:16
파동함수가 붕괴될때 다중우주가 분기한다는 주장도 있는데 주류의견은 아닙니다 일부 과격 물리학자들의 주장이죠
홍승식
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17/09/13 23:17
여윽시 냥냥이다!!
grrrill
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17/09/13 23:18
상호작용을 미치는 힘의 범위는 어디까지인가요??
전자기파만 해당하는 건가요?
중력은 작용하고 있을 거니까 아닌 것 같고..
이중슬릿이 가지는 약력과 강력은 영향을 미치는 거리가 아닌 건지
아니면 영향이 없는 건지 궁금하네요~
바람이라
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17/09/13 23:21
아 김춘수 시인은 사실 시인이 아니라 양자역학의 위대한 선구자였군요 역시 대조선!!!
JL
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17/09/13 23:28
[하지만 전자기파가 완전히 차단된 진공에서 실험하게 되면 이런 큰 분자들도 간섭무늬가 나타납니다.
즉 거시계(흑연분자)도 다른 상호작용을 완전히 제거한 환경에선 파동함수로 존재하게 된다는 겁니다.]


이 부분에서 전자기파가 차단된다고 해서 간섭무늬가 나타난다는 것이 좀 이상하네요. 밑의 상호작용을 완전히 제거한다는 내용도 마찬가지고요. 양자역학과 고전역학의 경계를 나눌 때, 기준이 단순히 측정하는 것의 크기에만 한정된 것이 아니라고 알고 있습니다. 측정하는 시스템의 구성 요소들의 크기, 개수 등 여러가지의 기준을 가지고 양자역학적인 해석을 합니다. 예시로 든 흑연분자의 경우는 가능한 예이지만, 사람의 경우는 아무리 다른 상호작용이 없는 곳이라 할지라도 불가능하다는 것이 주류의 결론인 것으로 알고 있습니다.

양자역학의 거시적인 예는 교과서에 기재되어 있는 것들로 설명하는 것이 더 낫지 않았을까 싶습니다. 예를 들면 초유체(Super fluid) 같은 것이 있겠네요.


고양이가 박스를 좋아하는 이유는 인정, 또 인정합니다!
멍멍머멈엉멍
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17/09/13 23:31
결론이 중요하지요.
마스터충달
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17/09/13 23:47
거시세계의 물질이 측정당하고 있기 때문에 확률적으로 분포할 수 없다고 말할 수도 있지만, 애당초 분포 확률이 어마어마하게 차이가 나서 미시세계처럼 도깨비 장난 같은 일이 벌어지지 않는다고 말할 수도 있습니다.

예를 들면 수소 원자 주위에 전자가 존재할 확률을 계산하면 가장 높은 확률 분포가 핵을 중심으로 구 형태로 존재합니다. 즉 구 안에서는 어디에서나 발견될 확률이 비슷하죠. 그런데 탄소나 산소처럼 전자 수가 많아지면 확률이 높은 위치와 낮은 위치가 구분됩니다. 이렇게 확률이 높은 부분(대략 90~95% 이상)을 기하학적으로 표시한 것이 오비탈(원자 궤도)입니다.

드 브로이의 물질파 이론에 따르면 빛 뿐만 아니라 모든 물질도 다 파동으로 존재할 수 있습니다. 전자도 마찬가지고, 야구공도 마찬가지죠. 하지만 전자처럼 작은 물질은 그 확률 분포가 오비탈에서도 90~95% 정도입니다. 오비탈이 아닌 곳에서 발견될 확률도 5~10%나 되지요. (와우 오리지날때 치명타 확률 3%면 오오오 소리 나왔습니....) 하지만 야구공은 특정 위치에 존재할 확률이 99.9999999999999999999999999% 보다 높을 겁니다. 즉, 거시 세계의 입자(야구공)는 원칙적으로는 확률적으로 존재하나, 실질적으로 그 확률이 또 다른 가능성을 재현하기 어려운 수준이라는 말이 됩니다.

그럼 슈뢰딩거의 고양이라는 사고 실험은 왜 나온 것이냐? 고양이라는 거시 세계의 입자는 미시 세계처럼 존재하기 어렵죠. 그렇지만 독극물 장치는 미립자에 의해 작동하니 미시 세계처럼 각각의 결과가 높은 확률로 존재합니다. 슈뢰딩거는 코펜하겐 해석의 확률론에 거부감을 가졌고, 그래서 이를 부정하기 위해 미시 세계의 결과가 거시 세계에 영향을 미치는 장치를 상상한 것이죠. 하지만 코펜하겐 해석은 슈뢰딩거의 고양이가 죽었는지 살았는지 "측정"하는 순간 확률적으로 중첩된 상태가 하나로 확정되기 때문에 삶과 죽음이 중첩된 고양이는 발견할 수 없다고 말합니다. 본문의 전자가 측정하는 순간 파동성이 붕괴하는 것처럼 말이죠.
우리는 하나의 빛
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17/09/13 23:55
투아모리와 카트리나의 상관관계였나.... 떠올랐네요. 크크
빠니쏭
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17/09/14 00:13
어렵지만 재미있다.
꿈꾸는사나이
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17/09/14 00:19
문송이는 추천만 누르고 갑니다...
JH
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17/09/14 00:19
그래서 물은 답을 알고 있냐구요
eternity..
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17/09/14 00:55
결론은 고양이의 행동은 양자역학처럼 규정화되기 어렵고... 그 때문에 박스를 좋아한다는 거군요(읭??????)
Chandler
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17/09/14 01:37
독타후의 위핑엔젤 생각나네요. 크크

문송이지만 이 이야기를 포함해서 다른 현대물리학 내용들(상대성이론부터해서)을 하룻밤동안 술먹으면서 재밌게 들었었더랬죠. 아 물론 기억은 제대로 남아있지않습니다. 엥간히 취하지않고서야 제정신에선 그렇게 재밌게 듣진 못했겠죠 크크

다만 그때 제가 받은 인상은 내가 아는 과학은 아무것도 아니였다는 것과 듣다보니 이건 무슨 과학이 아니라 철학수업같더라는겁니다. 분명 과학이란 개념은 우리가 사는 세계를 설명하는것일진데 이 슈뢰딩거이야기부터해서 각종 여러내용들은 ???그게 말이 돼???라는 생각만 들더라고요.
물푸레나무
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17/09/14 04:04
뭔가 분명 한글은 한글인데
정말 틀림없는 한글이요 한국어를 쓴 글 분명한데....
그런데 왜....왜
이상하다 몇번을 다시봐도 한글이 분명한데
왜 난 힌건 여백이고 검은건 글자로만 보이지 ㅠㅠ
김티모
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17/09/14 04:58
저는 그냥 가만히 있겠습니다.
구름과자
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17/09/14 08:21
기 ????????????????? 결이 완벽한 이야기군요
류블리
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17/09/14 08:41
관심가지고 찾아봤던 분야라서 그런지 이해가 쉽네요.
역시 고양이는 상자를 좋아하는군요 음음
JL
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17/09/14 08:58
실제로 양자역학의 경우, 실 생활에 사용하고 있고 과학적인 이론으로 인정을 받고 있지만 해석과 관련된 부분은 물리학적인 이해의 범주를 넘어섰습니다. 그래서 현재 철학적인 부분에서부터 접근을 해서 이해하려는 시도가 이뤄지고 있습니다. 유명한 학자들도 양자역학이 실제 현상들을 매우 잘 설명할 수 있는 매우 정확한 이론이라는 것에는 동의하지만 해석과 관련된 부분에서는 의문점을 가지고 있습니다. 만약 현시점에서 양자역학을 모두 이해했다는 말을 자신있게 하는 사람이 있다면 그 사람은 양자역학을 제대로 이해하지 못한 사람입니다.
YanJiShuKa
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17/09/14 09:34
다들 이해 못하시면서 이해하는 척 하시다니...
저는 그래도 이해 못하겠습니다. ㅠㅠ
감사합니다
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17/09/14 10:04
글보고 좋아하는 이유 궁금해서 찾아보니 그럴듯하네요
Quantum21
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17/09/14 10:28
질문있습니다.

설명하신것처럼, 슬릿을 통과할때 측정이 이루어지고 나면 이제는 더이상 그 전자는 동시에 두위치에 존재할 확률이 있는 중첩된 양자상태가 아닙니다.

그런데 그 이후 전자가 세상에 돌아다니다가 다시 중첩된 상황이 되는 경우가 다시 생기나요?

그런 상황이 생기지 않는다면 상호작용을 한번 하고 나면 영원히 중첩되는 일이 발생하지 않을테니 있을수 없고
결국 어느순간 양자적으로 다시 중첩이 되어야만 합니다.

그렇다면 파동함수가 붕괴되는 현상뿐아니라 다시 중첩상태로 재생성되는 현상도 필요할텐데 그에 대한 설명이 가능한가요?
raindraw
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17/09/14 11:09
인간 수준으로 올라오면 이미 인간레벨에서
여러가지 물질이 상호작용하고 있다는 이야기고
그 자체가 이미 측정의 범주에 들어가지 않나요?
yeomyung
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17/09/14 11:19
제가 모시고 있는 후추(스코티시폴드, 무늬만 숫컷)님도 간식, 사료, 용품 등등 주문해서 집에 도착하면 내용물은 거들떠 보지도 않습니다.
내용물 비우자마자 바로 택배상자 안으로 쏙 들어갑니다....마치 내용물 비울때 까지 기다렸다는 듯이 말이죠.
하지만 본문글은 이해를 못하고 있습니다...ㅠㅠ
앓아누워
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17/09/14 12:19
뭐 어렴풋이 이런 이유겠거니 했는데 역시 맞네요 하핫!
오쇼 라즈니쉬
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17/09/14 13:11
무슨 말인지 하나도 모르겠지만 세줄 요약은 가능할 거 같은
NeoeN
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17/09/14 14:52
사람 클로닝 시킨후 집어 던져서 간섭되는거 한번 보고 싶네요~
여기좀
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17/09/14 17:53
최근의 연구는 양자중첩이 물질의 크기 즉, 그 계의 크기에 좌우되는것이 아니라 측정에 좌우된다고 보고 있습니다.
여기서 측정의 주체는 측정 당하는 물질 이 외의 전 우주가 됩니다.
다시 말해서 양자역학과 고전역학의 경계는 없으며 중첩상태가 다른 물질과 상호작용으로 결어긋남을 막을수만 있다면 그 계의 크기에 상관없이 양자중첩 상태를 유지하는것이 가능한것으로 판단하고 있습니다.
물론 인간이 가능하다는 이야기는 아닙니다. 이론적으로 그렇다는거죠
이론적으로도 인간의 신체는 불가능 하긴 합니다.
여기좀
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17/09/14 17:57
최근의 결어긋남 이론에서는 양자중첩은 측정 당하지 않는다면 그 계의 크기에 상관없이 모든 물질은 중첩상태가 가능한것으로 보고 있습니다.
여기좀
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17/09/14 18:04
큰 분자들도 각 원자들 끼리 측정의 대상이 될수 있지만 그 계 안에서 정보가 밖으로 나가지 않으면 중첩상태를 유지할 수 있습니다.
그러니까 인간의 몸을 이루는 모든 원자들이 상호작용을 한다고 해도 그 정보가 밖으로 나가지만 않으면 가능합니다
하지만 이건 어디까지나 이론적으로 그렇다는거고 실제 인간은 그게 불가능한게 지금 이순간에도 인간의 몸에서 수천, 수백만게의 원자가 떨어져 나가고 있고 인간의 몸이 적외선이라는 정보를 우주라는(어떤 신과 같은 인격체를 이야기 하는게 아니라 자연 그 자체를 이야기 하는겁니다.) 측정의 당사자에게 전달하고 있기 때문에 불가능한겁니다.
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17/09/14 18:15
아 정리해보면 고양이언어를 마스터해야만 박스가 고양이를 좋아하는건지 고양이가 박스를 좋아하는건지 알수 있다는 말이군요.
하지만 서로 좋아하는 관계일지도 모르지 않습니냐옹?
JL
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17/09/14 18:35
제가 경계라는 말을 좀 애매하게 썼군요. 경계가 없는 것이 맞습니다. 제가 경계라고 한 것은 계의 크기나 계를 구성하는 물질의 개수 등으로 인해 고전역학으로 수렴하게 되는 그 기준을 말하는 것이 였습니다.

측정하기 전에 중첩의 상태의 유지가 이론적으로 가능하다는 것도 동의합니다. 다만 현실적으로 봤을 때는 측정의 유무와는 상관없이 고전역학적인 결론으로 수렴하는 부분이 있기 때문에 중첩이 된 상황이 의미 없는 경우가 많아서 댓글 달았습니다.

거시적인 관점에서 양자역학적인 효과가 나지 않는다는 의미는 아닙니다.
JL
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17/09/14 18:41
측정한 순간에 파동함수가 붕괴되는 것이지 그 뒤로 시간에 흐름에 따라 다시 파동함수 변하게됩니다.
마스터충달
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17/09/14 18:42
네. 모든 물질은 중첩이 가능하죠. 이것은 "결 어긋남" 이론에서만 그런 게 아닙니다. 코펜하겐 이론에서도 가능합니다. 코펜하겐과 결 어긋남의 차이는 파동성의 붕괴를 초래하는 것을 측정으로 보느냐 상호작용으로 보느냐 입니다.

모든 물질이 중첩이 가능하다. 즉, 파동성을 갖고 있다는 점은 드 브로이의 물질파 이론입니다;;;;

더불어 제가 쓴 댓글의 요지는 파동성을 갖는다 하더라도 거시 세계의 물질은 확률 분포가 매우 극단적이라는 이야기였습니다.
임시닉네임
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17/09/14 19:42
박스가 고양이를 좋아하는 겁니다
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