‘양자 얽힘’ 기념비적 실험 성공, 아인슈타인 틀렸나?

사진= 동아DB

고전 물리학 법칙과 대척점에 있는 원리 ‘양자 얽힘’에 관해 기념비적인 실험 결과가 공개됐다.

두 입자들은 거리와 관계없이 어느 한쪽이 변동하면 ‘즉각’ 다른 한쪽이 반응을 보인다는 불가사이한 특성을 갖는다. 양자이론에선 이를 ‘양자 얽힘’이라고 한다.

반면 아인슈타인은 “우주에서 빛보다 빠른 것은 없다”면서 “그 같은 현상을 ‘유령 같은 원격작용’”이라면서 끝내 인정하지 않았다.

지난 1세기 간 양자론자들과 아인슈타인이 치열하게 대결한 논쟁이다.

영국 일간 데일리메일은 21일 “아인슈타인의 바람과는 반대로 ‘이 같은 양자 현상이 사실’임이 놀라운 실험 결과로 확고하게 입증됐다”고 보도했다.​

보도에 따르면 지난 1964년 영국 물리학자 존 벨은 유령 같은 원격작용을 반박할 수 있는 ‘숨겨진 변수’를 제거하기 위한 실험을 고안했다. 벨의 부등식이다. 하지만 이 벨의 부등식에 많은 허점이 있음이 밝혀지면서 ‘양자 얽힘’을 완전히 설명하지 못한다는 비판이 나왔다.

이번 ‘네이처’지에 게재된 논문에서 연구자들은 “양자 얽힘 실험에서 중요한 두 개의 허점을 보완했다”고 밝혔다.

독일 연구진은 작은 다이아몬드에 갇힌 ‘얽힌’ 전자들을 델프트 대학 캠프스 양쪽으로 1.3km 떨어진 곳에다 두고 실험을 했다. 두 전자들이 서로 소통할 수 없게 장소 사이의 통신수단은 완벽히 차단됐다.

소립자는 양자적인 속성의 하나로 스핀이라는 회전 운동량을 보유한다. 한 쌍의 소립자는 각각 다운 스핀과 업 스핀으로 구성돼 관측되기 전까지는 한 입자가 어떤 스핀을 갖고 있는지 알 수 없다. 양자론에서 말하는 두 상태의 ‘중첩’이다.

일단 측정으로 한 입자의 상태가 확정되면 다른 입자는 ‘동시’에 반대되는 상태로 확정된다. 두 입자의 거리가 수백 광년 떨어져 있다 하더라도 결과는 같다.

논문 대표저자 로널드 핸슨 교수는 “두 개의 전자가 얽혔을 때 보여주는 현상은 참으로 흥미롭다”면서 “두 전자가 어느 것이든 업 스핀이 될 수도 있고 다운 스핀이 될 수도 있지만, 한 전자가 업 스핀일 경우, 다른 전자는 반드시 다운 스핀이 된다”고 밝혔다. “우리가 측정할 때 그들은 완벽한 상관관계다. 한쪽이 업 스핀이면 다른 한쪽은 반드시 다운 스핀이 된다. 그 같은 반응은 동시에 나타난다. 걸리는 시간이 제로다. 두 입자가 은하의 반대쪽에 있더라도 마찬가지”라고 말했다.

이번 실험에서는 두 탐지기 사이의 1.3km는 한 전자를 측정하여 상태를 확정하는 사이에 빛이라도 주파할 수 없는 먼 거리다. 국지적인 허점을 제거했다.

버밍엄 대학의 카이 봉스 교수는 “양자 역학이 고전 역학과 얼마나 다른지, 또 양자역학으로 인류가 앞으로 전례 없는 발전을 이룰 가능성을 보여준 실험이다”고 평가했다.

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