이중 슬롯 실험

양자역학에 의하면 어떤 관찰이 일어나기 전에 그 대상의 상태는 결정되지 않은 채로 남게 됩니다. 이것을 우선 대표적인 빛을 대상으로 설명드리겠습니다.

혹시 2중 슬롯 실험을 알고 계시는지요? 그 실험은 빛의 파동성을 보여주는 대표적인 실험입니다.

만약 빛이 광자로 되어 있다면, 이중 슬롯으로 레이저 빛을 쏘았을 때, 직선으로 날아가 이중슬롯 건너편의 스크린에 단지 두 줄의 슬롯 무늬만을 그려야합니다.

그러나 실제로는 파동의 경우처럼 간섭 무늬가 보여집니다.

이것을 많은 광자 입자들이 서로 부딪혀 생긴 결과라고 생각할 수도 있습니다.

그러나 현재 기술로 1초에 하나의 광자만이 발사되도록 할 수 있는데 그렇게 해봐도 결과는 마찬가지입니다.

그래서 어떻게 해서 이런 모순되는 결과가 나오는지 알아보기 위해 빛의 이동경로를 살펴보는 장치를 만들어 봤습니다.

이중 슬롯 좌 우편 중 어느 쪽으로 광자가 지나가는지 알아 보기 위해 각 슬롯 앞에 광자 검출기를 설치한 것이지요.

그런데 이렇게 빛의 이동 경로 사이에 광자 검출기를 설치하고 다시 실험을 해보면

이번엔 스크린에 두줄기 무늬만이 보이게 됩니다. 즉 빛의 간섭무늬가 사라지고 입자성만이 드러나게 되는 겁니다.

혹시 광자 검출기가 빛을 관측할 때 빛에 어떤 영향을 미쳤기 때문이라고 생각할 수 있는데 그런 단순한 문제가 아닙니다.

현존하는 기술로 완벽하게 광자에 아무런 영향도 끼치지 않은채로 광자를 관측 할 수 있습니다. 그러나 아무리 완벽한 장치를 만들어도 결코 그 결과는 달라지지 않습니다.

다시 말해 광자의 이동경로를 관찰했다는 사실 하나만으로 광자의 상태가 바뀌게 됩니다. 우리가 광자에게 아무런 영향을 주지 않았는데도 말이지요.

그럼 이 결과를 어떻게 해석해야할까요? 어떤 신이 있어 우리가 광자를 관찰하는지 지켜보다가 우리가 살펴볼 때는 입자처럼 행동하고, 살펴보지 않을때는 파동처럼 행동하라고 지시를 내리는 걸까요?

그래서 이번엔 스크린에 무늬가 생긴 후에 검출기를 나중에 동작 시킵니다.

다시말해 빛이 지나가서 스크린에 무늬가 생긴 뒤에 빛이 지나갔는지 검출을 할지 말지를 결정하는 거지요. 결과를 과정에 앞서 관찰하는 시간적으로 모순된 이런 실험도 현재 기술로 가능합니다. 물론 조금 트릭을 부려야하지만요.

그러나 그 결과도 마찬가지 입니다. 그럼 이 광자는 미래에 자신이 관찰될지 안될지를 미리 알고서 그에따라 행동하는 걸까요? 뭐 신이 지시를 한다면 충분히 가능하겠지요.

그래서 이 말도 안되는 실험 결과를 가지고 어떻게 해석해야할 지 의견이 분분했습니다. (지금은 결판이 났을지도 모르겠지만 제가 알기론 아직입니다.)

그리고 양자역학을 주도하는 천재 물리학자들은 나름대로 자신의 생각을 가설로 발표했습니다.

그 중 한가지가 다중우주론이죠.

바로 질문자님께서 말씀하신 그 가설입니다.

관찰하기 전에 결정되지 않는 물질의 상태는 관찰과 동시에 모든 가능한 상태를 동시에 발현하게 되는데 우리는 그중 하나의 세상에 살고 있기 때문에 다른 가능성들을 볼 수 없을 뿐이다. 이런 정도가 되겠지요.

물론 이것은 하나의 가설일 뿐입니다.

인간의 사고 역시 하나의 빛이고 입자와 파동이라는 말은 저도 처음들어보는 말이지만 양자역학적 관점을 인간의 의식으로 확대해보면 마찬가지로 적용이 됩니다.

인간의 의식은 결정되지 않은 물질의 상태를 관찰을 통해 결정지을 수 있는 어찌보면 신의 능력과 같은 것입니다.

그러나 다른 한편으로 나의 의식은 타인에게 있어서 관찰 대상에 불과하지요. 그렇게 생각했을 때 빛의 입자 파동 이중성처럼 인간 의식도 같은 연장선상에서 생각해 볼 수 있다는 정도가 아닐까요?