로저 펜로즈(Roger Penrose), 물리학 및 양자역학 | 진실에 더 가까이 대화

양자론의 난제와 물리학의 경이로운 한계. 현실의 구조 자체가 논쟁의 대상이 되는 세상을 상상해 보세요. 보는 각도에 따라 규칙이 바뀌는 것처럼 보이는 곳입니다. 이것이 바로 로저 펜로즈가 양자역학으로 나아간 여정의 핵심입니다. 양자역학은 기이한 이중성과 풀리지 않는 미스터리로 악명이 높습니다. 양자 역학의 핵심에는 극적인 긴장이 있습니다. 한편으로는 슈뢰딩거 방정식에 의해 설명되는 부드럽고 결정적인 진화가 있습니다. 다른 한편으로는, 양자 시스템이 측정을 통해 명확한 상태를 '선택'할 때 파동 함수가 갑작스럽고 무작위로 붕괴되는 현상이 있습니다. 대부분의 물리학자들은 이 붕괴가 환경과의 복잡한 상호작용의 부산물일 뿐이라는 것을 아마도 너무 편안하게 받아들입니다. 이 과정은 비상관성으로 알려져 있습니다. 그러나 펜로즈는 항상 이 깔끔한 설명에 고민을 해왔습니다. 그는 그것을 속임수, 무엇이 진짜인지에 대한 우리의 가정에 대한 이중 변화로 보고, 진정한 미스터리를 가려줍니다. 펜로즈는 현실이 양자적 흐릿함에서 고전적 확실성으로 조용히 전환되는 전통적인 이야기가 일종의 철학적 속임수에 의존한다고 주장합니다. 우리는 양자 상태를 실제처럼 취급하는 것으로 시작하여 밀도 행렬이라고 불리는 수학적 구조로 전환하여 많은 가능한 결과의 혼란을 처리합니다. 하지만 우리가 문제에서 벗어난 것처럼 보일 때, 우리는 이 행렬의 확률이 현실의 실제 상태를 반영한다고 주장하면서 다시 전환합니다. 펜로즈에게 이것은 아름답지만 근본적으로 결함이 있는 추론이다. 그렇다면 무엇이 누락되었을까요? 펜로즈는 양자역학이 불완전할 뿐만 아니라 양자 상태의 축소를 다루는 방식이 잘못되었다고 주장합니다. 그에게 이 이론은 이 붕괴를 위한 메커니즘, 덧붙이는 것이 아닌 내장된 무언가가 절실히 필요합니다. 그의 연구는 그를 급진적인 아이디어로 이끌었습니다. 바로, 양자 중첩과 일반 상대성 이론의 핵심에 있는 등가성 원칙 사이의 충돌입니다. 다시 말해, 먼지처럼 무거운 것(또는 더 큰 것)을 양자 중첩에 넣으려고 할 때, 중력 자체가 반발하여 시스템이 계산 가능한 시간 내에 단일 현실을 선택하도록 강요할 수 있습니다. 이것은 단순한 학문적 명상이 아닙니다. 펜로즈의 제안은 검증 가능한 예측을 제시합니다. 중력이 하나의 상태로 고정되도록 강요하기 전에 거대한 물체가 양자 한계에 머무를 수 있는 특정 수명이 있습니다. 이 개념은 20세기의 가장 위대한 이론 중 양자역학과 일반상대성이라는 두 가지 이론을 불편한 공존을 강조함으로써 결합합니다. 물론 펜로즈만이 양자 이론의 균열을 발견한 것은 아닙니다. 어떤 사람들은 모든 가능한 결과가 실제로 자신의 평행 우주에서 일어나는 숨겨진 변수 또는 다중 세계 해석으로 눈을 돌렸습니다. 펜로즈는 이 아이디어를 잠깐 생각해 보았지만, 궁극적으로 만족스럽지 못하다고 느꼈습니다. 의식이 파동 함수를 붕괴시키는 힘일 수 있다는 개념도 그를 설득하지 못합니다. 수백만 년 후 먼 존재에 의해 관찰될 때까지 생명이 없는 행성의 날씨가 양자 불확실성에 남아 있는 터무니없는 시나리오를 떠올리게 합니다. 펜로즈의 관점은 현실의 기초가 관여되는 곳에서 쉬운 답을 받아들이기를 거부하고 계속 탐구하라는 요구입니다. 그에게 진정한 모험은 가장 근본적인 수준에서 우주가 왜 그렇게 이상하게 행동하는지, 그리고 아마도 왜 그렇게 행동하는지에 대한 더 깊은 이해를 추구하면서 수수께끼에 정면으로 맞서는 데 있다.