양자역학 확률론 의심한 아인슈타인 “보는 사람 없으면 달은 존재하지 않나”[Science]

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“신은 주사위 게임을 하지 않아”
양자 역학 모순 끊임없이 제기

양자역학을 설명하는 가장 유명한 실험 ‘슈뢰딩거의 고양이’는 사실 양자역학의 모순을 비판하기 위해 제시됐다. 이 사고실험을 제시한 에르빈 슈뢰딩거는 양자역학의 대가 닐스 보어와 학문적으로 충돌한 양자역학 반대파였다. 슈뢰딩거는 입자와 파동이 ‘중첩’된 상태가 존재한다는 게 현실적으로 잘못된 주장임을 비판하기 위해 고양이가 살아있으면서 죽어있는 게 가능하냐는 극단적인 실험을 제시한 것이다.

과학계의 초신성인 아인슈타인 역시 양자역학 반대파였다. 아인슈타인은 양자역학 특유의 확률론에 대해 “신은 주사위 게임을 하지 않는다”는 유명한 말을 남기기도 했고 관측 여부가 존재에 영향을 미친다는 주장에 대해서도 “보는 사람이 없으면 달은 존재하지 않는 것인가?”라는 말을 남기기도 했다. 그는 1927년 5차 솔베이회의에서 양자역학을 논파하고자 했으나 보어에게 반박당했고, 1930년 6차 솔베이회의에선 보다 정교하게 접근했으나 보어가 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 가져와 아인슈타인을 논파했다. 이어 1935년엔 양자역학을 비판하기 위해 그의 제자 포돌스키 및 로젠과 함께 ‘물리적 실재에 대한 양자역학적 기술이 완전하다고 여길 수 있는가?’라는 이름의 논문을 발표하기도 했다. 이 논문이 담고 있는 역설은 흔히 세 저자의 이름 앞글자를 따서 ‘EPR 역설’이라고 불리는데, 논문에서 제안하는 실재성의 기준과 특수 상대성 이론을 가정하는 한 양자역학이 설명할 수 없는 실재적 요소가 반드시 있을 수밖에 없다는 것을 골자로 한다. 이어 1964년 존 스튜어트 벨은 EPR 논문을 뒷받침하는 ‘벨의 부등식’을 발표했으나, 1970년대부터 이어진 여러 실험 끝에 벨의 부등식이 틀렸으며 양자역학이 맞는다는 결론이 대세로 자리 잡았다.

구혁 기자 gugija@munhwa.com