한 번 짝을 이룬 두 입자들은 아무리 서로 떨어져 있다 하더라도, 어느 한 쪽이 변동하면 그에 따라 ‘즉각’ 다른 한 쪽이 반응을 보이는 불가사의한 특성을 가지는 데, 양자이론에서는 이 두 입자가 서로 ‘얽혀있다’고 하며 이를 일컬어 ‘양자얽힘’이라고 한다. 1964년 아일랜드의 물리학자 존 스튜어트 벨(John Stewart Bell)이 이론으로 발표했다. 가령 한 입자의 위치나 운동량, 스핀과 같은 특성을 측정한 순간, 이들이 아무리 멀리 떨어져 있다 하더라도 다른 한 입자의 해당 특성이 ‘즉시’ 바뀌어 입자의 상태를 결정하게 된다는 것이다.
이는 입자가 오직 즉각적인 주위 환경에 의해서만 직접 영향을 받는다는 표준 물리학의 ‘국소성의 원칙’에 위배된다. 때문에 이 이론은 물리학적 연구가 아니라 철학적 연구라고 여겨졌다. 앨버트 아인슈타인(Albert Einstein)도 우주에서 빛보다 빠른 것은 없다고 주장하면서 이 이론을 “유령 같은 원격작용”이라며 결코 받아들이지 않았다.
2015년 10월 <네이처>지에 발표된 논문을 통해 ‘양자얽힘’이 실재한다는 강력한 증거를 보여주는 실험결과가 알려졌다. 이 실험은 네덜란드 델프트 공과대학 카블리 나노과학연구소의 물리학자 로날드 핸슨(Ronald Hanson)의 연구팀이 주도했고 스페인과 영국의 과학자들이 참여했다. 연구팀은 델프트 대학 캠퍼스 내부 1.3km 떨어진 거리에 두 개의 다이아몬드를 배치하고 각각의 다이아몬드 전자에 자기적 속성인 ‘스핀’을 갖도록 했다. 실험결과는 한 전자가 업 스핀(예를 들어 반시계 방향으로의 회전)일 경우, 다른 전자는 반드시 다운 스핀(시계 방향의 회전)이 된다는 것을 보임으로써 완벽한 상관관계를 입증했다. 물리학자들은 이 실험을 통해 양자역학 실험이 실제로 가능함을 증명했다는 점에 찬사를 보냈고, 과학저널 <사이언스(Science)>지는 이 실험을 2015년 최고의 과학적 성과 중의 하나로 선정했다.
양자의 상호속도가 빛보다 1만배이상 빠르다는 사실이 실험에서 밝혀졌다고 라이브사이언스 닷컴이(2018년 6월) 15일 보도했다고 했습니다.
중국과 미국의 과학자들은 '얽혀있는 광자(광양자)'가 물리적으로 분리되어 있을 때 조차도 '얽힘 상태(두개가 하나처럼 포개진 상태)'를 유지하는 광자들을 이용한 사실을 밝혔다고 물리학 논문 초고 등록 사이트 ArXiv.org에 발표했습니다.
양자물리학자들은 두개의 광자가 서로 상호작용을 한 뒤 종종 얽힘 상태가되다 물리적 쌍둥이처럼 된다는 사실을 오래 전부터 알고 있었습니다.
아인슈타인이 "불가사의한 원격 상호작용"이라고 부른 이런 현상은 많은 실험 대상이 됐고 보통은 얽힌 두 개의 양자를 각기 다른 장소로, 예를들면 광자 A는 로스앤젤레스로, 광자 B는 보스턴으로 보내는 방식으로 이루어졌습니다.
광자 A를 관찰하면 특정한 극성을 띠지만 다른 B 광자는 반대의 극성을 띱니다. 로스앤젤레스의 광자가 `위'이면 보스턴의 광자는 `아래'가 되는 식입니다. 이런 극성은 측정하기 전에는 알 수 없지만 얽힌 광자들은 `즉시' 자기가 있어야 할 상태를 `아는' 것처럼 보입니다.
연구진은 이 `즉시'라는 의미를 알아내기 위해 얽힘상태에 있는 두 개의 광자를 16㎞ 떨어진 두 장소로 보낸 뒤 한 양자의 상태와 얽힘상태가 드러나는데 걸린 시간을 측정했습니다.
그 결과 양자 상호작용에 걸린 시간은 가장 느린 경우가 빛보다 1만 배 빠른 것으로 나타났습니다.
그러나 이런 실험 결과는 예상하지 못했던 것은 아니며 빛보다 빠른 메시지 전달이 가능함을 의미하는 것도 아닙니다. 왜냐하면 실제로 측정하기 전에는 얽혀있는 광자 쌍의 상태를 알 수 없기 때문입니다.
따라서 광자들을 제어해 다른 쪽 광자가 특정 상태를 갖도록 만들어 모스부호처럼 사용할 수가 없다는 것입니다.
이런 종류의 실험은 지난 2008년 유럽 과학자들도 한 적이 있지만 연구진은 광자의 정확한 상태를 측정하는데 필요한 실제에 근접한 상수를 얻기 위해 같은 실험을 반복했습니다.
연구진은 광자의 상태가 바뀌는데 아무리 작은 시간이 걸리는 것으로 밝혀진다 해도 이런 시차가 양자 물리학에 어떤 의미를 갖게 될지는 분명치 않다고 밝혔습니다. 왜냐하면 양자현상을 해석하는데는 여러가지 방식이 있고 모두가 실험 결과를 똑같이 잘 설명하기 때문입니다.
더구나 물리학자들은 이런 시차를 알아낼 수 있는 실험이 있는지조차 확신하지 못하고 있습니다.
연구진은 누군가가 양자 상호작용의 속도를 정확히 알아낸다는 것은 극도로 불가능하며 현대 물리학으로는 이런 종류의 발견이 원천적으로 막혀 있지만 한계를 밝혀내는 것도 의미있는 일일 것이라고 말했습니다.
순환법칙이 설명하는 양자 얽힘의 비밀 - 양자가 주고 받는 정보는 빛보다 빠르다?
기본적으로 광자(光子, photon)도 양자(量子, qunatum)입니다. 양자는 극성(polarity)이 있습니다. 즉, 양자는 극성이 없는 것이 아니라, 기본적으로 중성처럼 보일 뿐입니다. 광자(빛)도 마찬가지 입니다. 광자는 전하가 없다라고 하지만, 사실은 광자도 전하가 있습니다. 다만 중성일뿐입니다. 따라서 광자도 위의 실험에서와 같이 극성을 띠고 극성에 반응한다는 것입니다. 극성이 없다면 광자가 얽힐이유도 없습니다. 따라서 순환법칙은 광자를 포함한 모든 입자는 양자로 구성되어 있기 때문에 양(+), 음(-), 중성(+-), 반중성(+-)을 가진다고 설명합니다. 다만 이중에서 어떤 특성이 강하냐 또는 관측됐느냐의 문제일뿐입니다.
그렇다면 양자 얽힘(qunatum entanglement)의 문제도 해결된 것입니다.
양자들은 각자가 정보를 빛의 속도 이하로 아니면 그이상으로 주고 받는 것이 아니라, 양자가 '양(+), 음(-), 중성(+-), 반중성(+-)'의 특성을 모두 갖고 있기 때문에 이러한 현상이 나타나는 것입니다.
따라서 광자가 물리적 쌍둥이처럼 행동한다는 것은 결국 +와 -는 특성은 다르지만 결국 순환(循環,circulation, rotation)하는 하나의 시스템이고, 광자 A와 광자 B는 빛보다 느리게 또는 빛보다 빠르게 정보를 전달하는 것이 아니라, 광자 A와 B의 각자가 자체 순환과정중에서 나타나는 현상입니다. '+와 -는 결국 한 시스템이다 따라서 모든 입자는 시스템을 이루고 있다'라고 이해하면 해결되는 문제입니다.
따라서 위의 내용처럼 광자를 인위적으로 제어해 다른 쪽 광자가 특정한 상태를 계속 갖도록 만들어 모스부호처럼 사용할 수 없으며 또한 실제로 측정하기 전에는 얽혀있는 광자 쌍의 상태를 알 수도 없습니다. 인간의 의지가 아닌 광자의 수축(+)과 팽창(-) 그리고 입자성(+)과 파동성(-)처럼 광자는 시스템을 이루고 있습니다. 그렇다면 이러한 특성이 대립되는 이중성이 어떻게 하나의 시스템을 이룰 수 있을까? 그 비밀이 바로 순환(자체 순환)입니다.
......................양자 상호작용에 걸린 시간은 가장 느린 경우가 빛보다 1만 배 빠른 것으로 나타났습니다...... 그러나 이런 실험 결과는 예상하지 못했던 것은 아니며, 그렇다고 빛보다 빠른 메시지 전달이 가능함을 의미하는 것도 아닙니다. 그저 ......"'즉시' 자기가 있어야 할 상태를 '아는' 것처럼 보입니다."..........................
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