Wigner의 친구: 계속해서 혼란을 야기하는 양자 사고 실험 – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound-physics-world-1.jpg" data-caption="양자 미스터리 1961년 유진 위그너(Eugene Wigner)는 친구가 밖에서 기다리는 동안 실험실에서 실험을 하고 있는 모습을 상상했습니다. 역설적인 점은 Wigner와 친구가 서로 다른 결과를 예측했지만 둘 다 옳았다는 것입니다. (아이스톡/플로리아나)”>

양자 세계는 논리를 거스르는 이상하지만 사실처럼 보이는 사고 실험을 위한 풍부한 자료를 제공합니다. 가장 악명 높은 것 중 하나는 '위그너의 친구'로, 19세기 이후 물리학자와 철학자들에게 도전을 안겨주었습니다. 처음으로 잉태 헝가리계 미국인 물리학자 유진 위그너. 그는 수학자에 의해 편집된 1961년 책에 사고 실험을 발표했습니다. 어빙 굿 자격 과학자의 추측: 부분적으로 구운 아이디어의 선집.

위그너의 사고 실험은 25년 전 슈뢰딩거의 덜 복잡하지만 더 유명한 사고 실험보다 더 인간적인 버전입니다. 양자 사건에 운명이 달려 있는 상자 안의 고양이. 상자 안에 있는 슈뢰딩거의 고양이는 죽었거나 살아 있는 반면, 상자 밖에 있는 사람에게는 고양이가 죽은 채로 살아 있습니다. 그것은 "중첩" 상태에 있습니다. 기괴한 상황은 상자 뚜껑이 열리면 사라집니다.

Wigner의 사고 실험의 구성은 놀라울 정도로 간단합니다. Wigner와 그의 친구는 측정 결과가 0 또는 1인 양자 비트(큐비트)를 준비하는 특정 실험의 결과에 관심이 있습니다. 친구는 실험실에 가서 장비를 설정하고 Wigner는 밖에 남아 있습니다. 각각은 양자 형식론에 완전히 정통합니다.

반직관적으로 그들의 예측은 다릅니다. 실험가인 Wigner의 친구는 상태 중첩으로 큐비트를 준비하고 최종 상태가 0% 확률로 50이거나 1% 확률로 50이 될 것으로 예측합니다. 반면 위그너는 친구로부터 고립되어 있다. 그의 친구와 실험실 내용을 설명하기 위해 중첩된 단일 양자 상태를 사용하여 Wigner는 시스템이 100% 확률로 중첩 상태를 유지할 것이라고 예측합니다.

Wigner는 친구가 실험을 마쳤다고 믿어도 이 예측을 유지합니다. 양자역학에 따르면 위그너는 친구를 실험실의 나머지 내용과 분리할 수 없습니다. 따라서 Wigner는 친구의 양자 상태에 대한 정보를 얻기 위해 친구에게 물어봐야 합니다. 그럼 누가 정답을 맞췄나요? 위그너인가요, 아니면 그의 친구인가요?

둘 다 맞다

대답은 각 개인의 관점에서 볼 때 두 확률이 모두 정확하다는 것입니다. 수학을 올바르게 사용하는 두 가지 방법은 서로 다른 예측을 제공합니다. Wigner는 상태가 100% 중첩된 것으로 예측하는 반면, 친구는 큐비트의 측정 결과가 1 또는 0이라고 예측합니다. 본질적으로 Wigner의 사고 실험은 무엇이 진실인지에 달려 있다고 말합니다. 당신이 서있는 곳.

그러나 확률이 동일한 "사실 집합"을 설명하고 모든 사람의 관점에서 볼 때 참인 것이 있다고 가정하면 이러한 예측은 충돌합니다. Wigner 자신과 많은 사람들은 양자 형식론이 동일한 상황에 대해 두 가지 다른 예측을 제공한다는 것이 역설적이라고 생각했습니다. 그들은 객관성을 위해서는 관찰자가 자신의 입장에 관계없이 동일한 방식으로 사실을 특성화해야 한다고 믿었습니다.

그러나 이 시나리오가 역설적으로 보이는 이유는 숨겨진 고전적 가정에 의존하기 때문입니다. 한 가지 가정은 Wigner가 옳고 그의 친구가 틀렸다는 것입니다(또는 그 반대). 둘 다 궁극적으로 친구의 큐비트 측정 결과를 모델링하기 때문입니다. 그러나 서로 다른 예측으로 인해 두 사람이 서로 다른 시스템을 모델링하고 있다고 가정해 보겠습니다. Wigner는 친구-큐비트-실험실 환경을 모델링하고 그의 친구는 큐비트만 모델링합니다.

고전적인 상황에서 Wigner와 친구는 동전 던지기의 결과를 예측하는 데 동일한 확률을 가질 수 있습니다. 예를 들어 Wigner가 커튼 뒤에 서 있더라도 동전을 던지는 친구를 중첩된 것으로 취급할 필요는 없습니다. 그러나 양자 상황에서 Wigner는 단지 동전에 대한 확률을 골라내고 분리할 수 없습니다. Wigner에게는 "동전"이 없을 수도 있습니다. 물건으로 가득 찬 방에는 아무것도 없습니다.

그러나 Wigner의 사고 실험으로 돌아갑니다. 실험실 문이 열리고 위그너와 친구가 그들의 예측에 대해 이야기할 수 있게 되면 무슨 일이 일어날까요? 두 사람은 의견이 일치하지 않았지만 이제 큐비트의 최종 상태에 동의하는 것으로 보입니다. 단일 상황에 대한 이전의 일관되지 않은 설명이 하나로 수렴된 것 같습니다.

하지만 그런 일은 일어나지 않습니다. 오히려 Wigner의 새로운 정보는 그의 초기 예측을 부인하지 않습니다. 양자 형식론은 Wigner와 친구가 두 가지 다른 상황에 대해 일관된 설명을 가지고 있음을 나타냅니다. 이것은 우리가 직관에 굴복하고 그것이 Wigner와 친구에게 항상 동일한 시스템이었다고 가정할 경우에만 역설적으로 느껴집니다.

위그너와 그의 친구가 그들의 연구 결과를 공유하는 간절히 기다려온 순간은 역설의 해결이 아니라 역설적인 상황이 이미 끝난 후에 일어나는 일입니다. Wigner는 자신의 올바른 형식주의를 가지고 있었고 친구는 자신의 형식주의를 가지고 있었습니다.

Wigner와 많은 추종자들은 동일한 실험에서 동일한 방법을 사용하는 두 사람이 실험실 내부에 있는지 외부에 있는지에 따라 두 가지 정확한 설명에 도달할 수 있다는 사실에 괴로워했습니다. 우리의 고전적 직관은 시스템이 모든 사람에게 동일하다는 것입니다. 양자 역학은 우리가 불일치 없이 다른 시스템을 가질 수 있다고 생각하거나 모든 설명을 동일하게 만들 필요 없이 객관적일 수 있다고 생각하도록 만듭니다.

임계점

양자 정보 이론가들은 Wigner의 친구를 우리가 정보를 공유할 때 내리는 물리적 가정의 타당성을 테스트하기 위한 강력한 사고 실험 세트로 만들었습니다. 이러한 정교한 사고 실험에는 다음이 포함됩니다. 여러 실험실의 여러 참가자, 친구들 사이의 얽힌 양자 상태 및 실제 얽힌 광자 실험 우리의 고전적인 가정이 무엇인지 알아내는 것입니다.

갈림길이 있나요? 고전적인가요, 양자적인가요? 위그너의 친구가 한 상황에 대해 두 가지 일관성 없는 설명을 포함한다는 고전적 해석을 고수하는 것은 역설을 낳습니다. 양자적 관점은 두 가지 서로 다른 상황에 대한 설명이 있음을 의미합니다. 첫 번째는 직관적이지만 모순으로 끝나고, 다른 하나는 덜 직관적이지만 일관성이 있습니다. 양자우정은 형식주의를 사용한 것에 대해 미안하다고 말할 필요가 없다는 것을 의미합니다.

로버트 P 크리즈 교수입니다(전체 약력을 보려면 아래 링크를 클릭하세요). 제니퍼 카터 강사이고 지노 엘리아 미국 스토니브룩대학교 철학과 박사과정 학생입니다.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/wigners-friend-the-quantum-thought-experiment-that-continues-to-confound/