"Whether God gambles with dice or not, It is non of your business"-보어

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"Whether God gambles with dice or not, It is non of your business…

광인 1 3,433 2009.06.15 22:07
이 글은 kyeong110님이 네이버 지식에 올리신 글입니다.---------------------------------------
 
제목:코펜하겐 해석과 보어와 아인슈타인 논쟁
 
슈뢰딩거와의 논쟁 이후 보어는 수학의 추상적인 논리와 실제로 일어나는 사건 사이의 관계를 이해하기 시작했다고 느꼈다.보어는 원자나 그 구성체가 새로운 파동 역학에서 말하는 파동이 아닌 것과 마찬가지로 예전의 역학에서 그러하리라고 믿었던 입자도 아니라고 생각하기 시작했다.p와 q라는 기호는 물론 프사이라는 기호도 글자 그대로 대상을 묘사하는 표시라고 이해하면 안되고, 그들을 의미 없는 추상적인 존재라고 버려서도 또한 안된다고 생각했다.새로운 양자 역학에서 나오는 기호와 그들 사이의 논리적 관계는 실제 상황과 어떤 방법을 통해서든지 연관지어져야만 되었다. 디렉이나 하이젠베르크가 만든 역학의 배경에는 입자설이 자리잡고 있었다.

그것은 비록 제한적이기는하지만 실제적으로도 정당한 면을 지녀야만 했다.
똑같은 논리가 슈뢰딩거의 수학적 형태 뒤에 자리잡고 있는 파동설에 대해서도 적용될 수 있었다. 적어도 파동설이 원자 내부에 존재하는 전자의 행동에 대해 이해하게 만들어 준 것은 확실했다.

보어는 두 가설을 비교함으로써 완전한 이해에 도달하리라고 생각했다.보어는 기호들 속에 숨어 있다고 느껴지는 분명히 보이지는 않고 무엇인지 나타낼 수 없는 그 어떤 의미들 캐내기 위한 노력에 열중했다.보어는 하이젠베르크와 더불어 수학을 이용해 원자를 이해하기 위해 노력했다. 그들은 밤늦게까지 거의 매일 토의했으나 `전자가 비록 파동과 입자의 특성을 모두 보여준다고 하더라도 실제로는 그 중에 하나지 결코 다른 하나가 아니다`라는 가정으로 돌아올 뿐이었다.

힘든 노력 끝에 마침내 하이젠베르크는 불확정성 원리라고 부르는 양자 역학의 기초가 되는 원리를 발견하게된다. 이 원리는 물리학에서 사용되는 어떤 특별한 정의들 사이의 수학적 형태를 취한다.하이젠베르크의 원리는 `단지 기호로 주어지는 이론이 예언하는 것 중에서 논리에 맞는 경우만 실험적으로 일어날 수 있다는 생각에서 출발한다. 그의 역학에서 얻은 곱셈규칙은 p와 q가 곱해지는 순서에 따라서 곱의 값이 정해진다고 말했다.
두 가지 기호가 각각 위치와 운동량을 나타내는 경우에 `그것을 곱하는 순서란 실험 상황에서 그것이 정의된 순서 즉 그것이 측정되는 순서라고 가정해 보면 주어진 실험에서 위치가 정확히 정의되었을 때, 다른 짝인 운동량은 정확히 정의될 수 없음을 암시하는 것처럼 보였다.

하이젠베르크는 p와q가 측정된 실험을 새롭게 조사해 보았다. 그는 많은 경우를 조사해 볼수록 그의 생각이 옳았음이 점점 더 입증됨을 발견했다.그는 이 실험들로부터 한가지 상수를 계산해 낼 수 있었다.이 양은 p와q를 정의하는 측정에서 도저히 피할 수 없는 불확실한 정도를 대표했는데 이 양이 플랑크 상수였다.

다양한 여러 가지 서로 다른 실험을 분석한 결과로부터, 하이젠베르크는 위치와 운동량을 측정한 어떤 경우에서든지 그리고 정해진 시간에 에너지를 측정한 어떠한 경우에서든지 모두 최소한 플랑크 상수와 같은 크기의 불확정을 지닌다고 천명한 법칙을 추출해 냈다.이 정확히 정해질 수 없다는 법칙에 의하면 p와 q는 서로 독립적이지 못하다. 만일 한 가지가 절반 정도 정해진다면 다른 한 가지도 그 정도 밖에는 정해지지 못한다. 만일 한 가지가 전혀 알려지지 않았으면 다른 한 가지는 정확히 정의된다.하이젠베르크가 발견한 이 상관 관계 안에는 고전 물리와 양자 물리 사이의 본질적 차이가 존재한다.

고전 법칙은 초기 상태에 대한 정보를 얻을 수 있으면 그 후에 움직이는 물체가 어디에서 발견될지 예언할 수 있게해 준다.파동의 경우에 우리가 꼭 필요로 하는 그런 정보는 한 특정한 순간의(그 진동수에 의존하는) 파동의 에너지다.

이 양이 정확히 알려진 경우에 한해서 파동의 진동이 전개해 나가는 인과 관계를 정확히 분석할 수 있다.하이젠베르크의 법칙은 그런 초기 정보가 얻어질 수 있음을 부정한다.
따라서 고전 물리학은 p와 q를 가리키는 양이 h에 비해 매우 커서 그 연결점 h가 무시될 수 있을 경우에만 성립한다.그러므로 원자의 세계에서는 고전적 의미의 정확한 예언이 불가능하게 된다.미래에 대해 예언할 수 있을지라도 예전의 방법으로는 안되고 수많은 유사한 경우를 고려한 통계적 추론이 도입되어야만 한다.그러나 과학자가 실험으로부터 믿을 만한 정보를 얻을 수 없다면 통계적 규칙은 아무런 쓸모가 없을 것이다.

지금까지는 물리학의 입장은 조사하는 대상이나 과정은 측정하기 위한 실험 기간 동안 가해지는 것들과 분리할 수 있다는 가정하에 실험을 수행하는 것이었다. 그러나 이제 탐구 대상은 아주 세밀한 곳에 이르게 되었으며 측정하는 기술도 더 개량되었고 양자 영역이라는 한계에 다다르게 되었다. 어떤 실험에서나 측정하는 도구가 어떤 방법으로든 주제가 되는 대상 물질과 서로 영향을 미치게 되며 이것을 피할 수 없다.

즉 접촉하지 않으면 아무 것도 알 수 없게된다. 실험에 의해서 만들어지는 효과를 관찰하는 대상에서 분리할수 없음을 깨달았다. 정보를 얻기 위해서는 실험에 의존할 수 밖에 없는데 그것은 관찰된 효과를 꼭 어떤 원인과 연결시킬 수 있어야 함을 의미한다. 측정한 것이 아는 것이며 그로부터 과학을 세운다. 즉 하이젠베르크의 법칙이 부정하는 바로 그 인과 관계에 의한 연결에 의존한다.

그런데 정확히 정해지지 않는다고 천명하는 바로 그 동일한 법칙이 또한 다른 것을 말해주며 어떻게 진행해 나갈 수 있을지도 보여 준다.그것은 인과 관계로 연결지어야만 되는 양 즉 p와 q에 대한 불충분한 정의가 서로 상대방을 배제하는 관계로 존재함을 말해 준다. 따라서 만일 부분적으로 불충분한 정의를 그대로 놓아두고 사용한다면 중요한 핵심이 되는 인과 관계의 연결을 성립시킬 수 있을지 모른다.

닐스 보어는 원자의 크기로 이루어진 세계에서는 자연과 정확히 부합되지는 않지만
여전히 사용하지 않을 수 없는 정의와 연관된 측정에서 야기되는 어쩔 수 없는 부정확성을 수치적인 방법으로 확인하는 것이 바로 플랑크 상수라고 생각했다. 양자적인 불연속은 어떤 단 한 가지의 실험 상황에서 물리학자가 그의 주제에 대한 지식이 부족한 부분이다.그러나 그것이 어떤 이해가 결핍되었음을 의미하지는 않는다.그 이유는 하이젠베르크의 법칙에 의해 주어지는 정의 사이의 보완 관계 때문이다.보어의 이런 해석을, 가능한 최대의 이해에 도달하기 위해 서로 배제되는 개념을 사용한다는 생각을 표현한 상보성이라고 부른다.

보어는 양자 역학의 수학적 구조 속에서 고전 물리학은 물론 양자 영역까지도 설명할 수 있는 방법이 기록되었음을 읽었다. 예전의 파동 방정식은 개선되어 3차원보다 더 많은 차원의 수학적 공간을 통해 움직였다. 그런 기술적 방법에 의해서 물리적 세계에 대한 예전의 이해를 하나하나 검증했으며 예전에는 모순된 것이 모두 포함될 수 있도록 좁은 논리 체계가 넓혀졌다. 새 역학에는 그 대상과 그것을 조사하는 방법 사이의 관계에 대한 인식이 표현되어 있다.

여러 가지 다른 가능성이 모두 고려되며 실험에서 어떤 각도의 견해로 바라 보느냐에따라 한 가지가 다른 것보다 더 일어날 확률이 높다. 예를 들면, 슈뢰딩거의 파동 방정식은 전자와 같은 소립자가 단 한 개 있는 경우의 행동을 기술하는 것이 아니고 같은 조건 아래 놓인 수 많은 전자의 행동을 기술한다. 이 방정식을 가지고 특정한 실험에서 위치 또는 파장을 측정할 수 있는 확률을 계산한다.

통계적인 방법은 양자 역학의 모든 형태 안에서 그 기호법에 직접 심어져 있다.
자연을 이해한 예전의 방법 뒤에 숨겨졌던 더 깊은 진실이 통계적 형태의 묘사로부터 드러나게 되었다. 예전 것이 새것에 포함되면서도 예전의 모순은 모두 해결된 더욱 폭 넓은 조화야말로 보어가 해석한 양자 역학의 정수이다.

보어는 수학을 포함한 과학은 사람이 진실을 보는 방법 즉 사람이 만든 것에 불과하다고 생각했다. 이 점이 아인슈타인과 달랐다.


아인슈타인 (일반상대성 이론)

사람이 평소에 경험하는 세상에서 얻은 어떤 개념은 빠르기가 광속에 접근하거나 물리량의 크기가 플랑크 상수에 접근하는 영역까지 확장해서 사용될 수 없다.이러한 물리 세계의 양쪽 끝의 한쪽은 상대론이 다른 쪽은 양자론이 지위를 확보했다.보어의 생각으로는 첫번째 영역에서와 마찬가지로 두번째 영역에서도 아인슈타인은 위대한 선구자로 여겨졌다.
광전 효과를 설명하면서 플랑크의 아이디어가 광범위하게 적용될 수 있음을 보인 사람이 바로 아인슈타인이었으며 원자를 묘사하는 데 통계적인 추론을 어떻게 사용할지 알아내 이 비정상적인 방법을 물리학의 가장 중요한 관심사의 하나로 만든 사람도 역시 아인슈타인이었다.

아인슈타인의 자세는 극단적으로 이상적이었다.그는 과학자란 진정한 그리고 기본적인 문제에 관심을 가져야 하고 과학이라는 사원에 봉사하는 사제처럼 순수하게 섬기기 위해 오로지 과학 자체를 위해 봉사해야 한다고 생각했다. 그는 끝없이 변화하고 다양하게 보이는 것 속에서 미리 확립된 조화를 발견할 수 있었으며 사람이 우주안에 존재하는 기본 질서와 기본 형태를 알아볼 수 있다는 것이 끝없이 놀랍고 기뻣다.

양자론과 상대론 사이의 본질적인 차이는, 두가지가 모두 공간과 시간의 틀 안에서 운동을 추적하는 문제를 취급하지만 , 큰 크기의 물리학에 속하는 일반 상대론은 플랑크의 상수를 무시할 수 있는 정확하게 묘사할 수 있는 운동을 다룬다.아인슈타인이 상대론을 연구하게된 동기는 완전한 물리 법칙을 찾겠다는 욕망으로부터 유발되었다.
그가 말하는 이론에는 세개의 조건이 있었다.

1.자체적으로 완전해야 하고
2.사실과 맞아야 하고 실험으로 밝혀진 토대를 지닌 전제에 기반을 두어야 한다.
3.논리적으로 간단하고 억지로 만든 것이 아니어야 한다.

이러한 기초에서 시작해 절대 공간이라는 한 가지 특별한 기준계에 의지해 만든 뉴턴의 운동 법칙에 결함이 있음을 찾아냈다.그는 특별한 단서 조항 따위는 필요 없어야 한다고 느꼈다. 이러한 단서 조항은 이론의 오점이며 제거하는 것이 가능해야 한다고 믿었다.
관찰자가 어느 관점에서 보든지 즉 어떤 기준계에서 관찰하든지 운동을 판단할 수 있는 법칙이 발견될 수 있을 것이라고 믿었다.누구에게나 사용될 수 있는 법칙이 발견될 수 있을 것임이라고 믿었다.

그의 첫번째 상대론은 균일한 운동(일정한 빠르기로 직선 위를 진행하는 운동)의 경우에는 절대 공간이라는 기준계를 상정할 필요가 없음을 보일 수 있었다.그 다음은 균일하지 않은 운동에 대한 문제와 관성이나 중력과 같은 힘에 대한 문제였다.그는 이 문제를 푸는 데 10년이라는 세월을 보냈으며첫번째 이론에서처럼 힘과 질량뿐 아니라 공간과 시간에 대해서도 보통 느끼는 경험을 기반으로 형성되는 것과는 근본적으로 다른 개념을 바탕으로 이론이 이루어졌다. 이 두번째 이론 또한 물리 법칙을 단순하게 만들고 일반화함으로써 완전하게 만들겠다는 아인슈타인의 욕망에서 비롯된 산물이었다.기존의 이론의 모순이 발견되지도 않았는데도 아인슈타인은 10년이나 몰두해 새 이론을 만들었다.

그는 뉴턴의 법칙에서 어떤 우연의 일치에 의문을 품었다.그 우연의 일치는 뉴턴의 만유 인력 법칙에서 중력의 근원이라 여겨지는 물체의 질량과 뉴턴의 운동 법칙에서 관성의 정도를 알려주는 척도인 질량이 완벽하게 일치한다는 점이었다.
뉴턴의 운동 법칙에 의하면, 물체의 운동을 변경시키기 위해 필요한 힘의 크기는 그 물체의 질량에 의존한다. 무거운 물체가 가벼운 물체보다 더 큰 관성을 지니고 있기 때문에 움직이게 만들거나 멈추게 만들기가 더 어렵다.

그런데 지상에서 자유롭게 낙하하는 물체의 경우는 무거운 물체가 더 천천히 떨어지는 대신에 가벼운 물체와 똑같이 가속된다. 뉴턴의 설명은 ,한 물체가 다른 물체를 잡아당기는 인력은 그 힘을 받는 물체의 질량에 비례한다. 그런데 중력에 의한 힘은 항상 물체의 관성을 극복하는 데 아주 알맞도록 충분해서 모든 물체가 같은 속력으로 떨어진다.
두가지 다른 역할로 나타나는 이 동일한 질량 상수가 완벽하게 조화된다는 점이
아인슈타인에게는 의심스럽고 인위적인 것으로 보였다. 그는 관성력과 중력 사이의 구별이 인위적이지만은 않을지도 모른다고 의문을 갖기 시작했다.

`실험과 연관지을 수 없는 것은 알지 못하는 것`이라는 규칙에 의해 이러한 구별은 물리 이론에 들어올 수 없었다.우연의 일치에도 의존하지 않을 뿐만 아니라 어떤 선호된 기준계에도 의존하지 않는 이론, 중력과 관성을 중력장이라는 하나의 개념으로 설명할 수 있는 이론 , 바로 이것이 새 이론을 세우기 위해 아인슈타인이 요구한 확고한 조건이었다.
맥스웰은 전기와 자기 현상의 효과를 전자기장이라는 개념으로 설명했는데, 이 전자기장이 빈 공간의 성질을 변경시켜서,이전에는 멀리 떨어진 물체에까지 영향을 주는 힘이라고 여겨졌던 자기 현상을 이제 끌림을 당하는 물체 주위의 공간에 대한 성질로 이해할 수 있게 되었다.

그것과 비슷한 모양으로 아인슈타인은, 관성과 중력의 효과는 영향을 받은 물체 주위의 공간이 변했기 때문에 생긴다고 설명했다.그의 이론에서 중력은 멀리 떨어진 물체에 신비한 방법에 의해서 순간적으로 도달해서 작용하는 힘이 아니다. 중력은 오히려 우주 전체에 분포되어 있는 질량에 의해 창조된 공간의 성질이다. 행성이나 별이 어느 곳에 놓여 있든지, 그곳에는 공간의 성질을 변경시키는 중력장이 생긴다. 아인슈타인의 이론에 의하면, 자연에서 일어나는 운동의 원인은 장이 일그러져서 생기는 공간의 성질 때문이다.
물체가 운동할 때 취하는 경로는 그 것이 통과하는 공간이 생긴 모습, 즉 지나가는 길을 따라 만나는 계곡이나 언덕에 의해 좌우된다. 그래서 아인슈타인에 의하면 두 점 사이에서 가장 가까운 길, 즉 가장 쉬운 경로는 직선이 아니고 언덕처럼 일그러진 공간에서 굽은 선이다.

그는 리만 기하학을 이용하여 그의 공간을 기술했다. 운동을 완전히 기술하려면 어디를 나타내는 3차원뿐 아니라 언제를 나타내는 1차원인 시간도 사용되어야만 한다.아인슈타인의 첫번째 상대론이 출현하기 전에는 우리가 지구에서 일상적으로 경험할 수 있는 것처럼 시간 차원은 다른 세개의 공간 차원과 항상 구분지을 수 있다고 생각했다.그러나 특수 상대론은 일상적이지 않은 현상에서 그와 같은 가정이 성립하지 않음을 분명하게 보여 주었다.

그리고 두번째 이론에서도 공간과 시간을 결합한 4차원이 또한 근본적인 역할을 맡는다.
우주의 서로 다른 장소에 위치하면서 동일한 사건을 보는 관찰자는 그 사건을 서로 다르게 감지한다.
아인슈타인은 이것을 분명하게 옳다고 증명했다. 그렇다면 이것이 같은 사건임을 어떻게 알 수 있을까? 주관적인 관찰 중에서 모두에게 공통인 객관적인 것을 어떻게 구별할 수있을까? 아인슈타인은 4차원 연속체라고 부르는 시공간의 틀을 이용해 대답한다.우주의 서로 다른 위치에서 취해진 관찰은 서로 다를 수 밖에 없지만, 이것을 수학적인시공간 틀과 연관지음으로써 객관적인 정보를 얻는 일이 가능해진다. 즉 상대론의 법칙은 어떤 기준계에서든지,어떤 관점에서든지 모두 성립한다. 그 법칙은 보편적이다.

상대론에 의하면 공간과 시간은 분리될 수 없으며 우주에서 물질이 존재하는 영역에는 시공간으로 기술되는 단일체가 굽기를 갖는다.

따라서 우주전체도 약간의 굽기를 가져야하며 결국 우주는 크기 즉 한계를 갖지 않을 수 없다. 일반 상대성 이론에 의해 사상 처음으로 과학적 기반에 의해 우주 전체를 다룰 수 있게 되었다.이것이 일반 상대론의 가장 중요한 결과 중의 하나이다.

양자론의 대응 원리 처럼 뉴턴의 역학이 성립하는 영역에서는 일반 상대론의 공식이 뉴턴 역학의 공식과 딱 들어 맞았다.아인슈타인은 그의 이론을 증명할 때 이번에도 뉴턴의 역학의 예외 즉 관찰된 수성의 궤도를 이론에 맞게 만듦으로 해서 증명할 수 있었다. 그리고 두번째 증거인 수성의 근일점 이동이 증명됨으로 해서 확고한 이론이 되었다.J.J 톰슨은 아인슈타인의 이론을 `인간의 마음과 연관된 역사에서 가장 위대한 업적 중의 하나`라고 불렀다.

그의 이론은 한사람도 예외 없이 처음에는 도저히 이해할 수 없는 불가사의에 가까웠다.
그의 이론을 이해하고자 원하는 과학자는 지금까지와는 다른 방법으로 생각하는 법을 배워야만 했다.아인슈타인의 상대론은 고전 물리학의 개념에 새로운 의미를 제공했으나 전통적 과학적 사고에서 급격히 멀어진 것은 아니었다.

그것은 어윈 슈뢰딩거가 `불타는 질문`이라고 부른 결정론에 도전하지 않았다. 상대론에서 비록 시간과 공간이 근본적으로 다시 정의되었지만 물리학자가 새로운 시공간 구조로부터도 정확한 정보를 얻기가 가능했으며, 그 결과로 정확하게 예언하는 것도 가능했다.
굽은 시공간의 성질은 점차로 그리고 연속적으로 변하므로 이러한 틀을 통한 운동은 인과 관계의 순서에 따라 그릴 수 있으며 따라서 상대론은 고전 물리학처럼 사건이 어떻게 전개될지 알 수 있는 방법을 제공한다.


*논쟁*

양자론에서는 공간과 시간이 어떻게 정의 되었느냐에 상관없이 한 사건이 어떤 한계 이상으로 분석될 수 없다. 관찰의 효과가 관찰된 사건과 분리될 수 없다.
인과 관계에 의한 발전 단계의 정확한 모습은 물론 결과가 어떻게 될지 정확하게 예언하는 것도 가능하지 않다.

1927년 솔베이 토론회에서 보어가 그의 해석을 설명하고 아인슈타인이 그 해석을 도저히 받아들일 수 없다고 밝힘으로서 논쟁이 시작 되었다.아인슈타인은 다른 학자들이 옳다고 생각했던 통계적 방식이 근본적인 이해를 가져올 수 없다는 믿음으로 여러해에 걸쳐서 원자 구조에 대한 양자론이 발전하는데 아무런 기여도 하지 않았다.

그런데 하이젠베르크와 보어가 통계적 규칙은 임시 방편으로 사용되는 것이 아니라 실제 상황의 표현임을 보여 주었다. 하이젠베르크와 보어가 분석한 실험에서 나타난 여러가지 증거가 있는데 이러한 것을 아인슈타인이 거부했다는 점이 놀랍다.여러가지 분석에 의해 인과 관계에 의해 자연현상을 기술할 수 있는 고전 물리학은 소립자를 정의하는 데 도저히 적합하지 않음을 알 수 있었다.

양자란 과학자가 필요에 따라 서로 다른 실험을 통해 알고자 원하는 대상을 여러 다른 각도로 조사할 때 그 대상에 대한 지식에서 피할 수 없는 틈으로서 출현했다. 그때까지 나타난 증거로 보아 단순히 어떤 일이 일어날 확률이 아니고 그 일 자체를 설명할 이론을 요구한다는 것은 의미가 없었는데 아인슈타인은 이론을 요구했다.그의 자세는 어윈 슈뢰딩거와는 조금 달랐지만 두 사람 모두 양자가 언젠가 어떻게 해서든지 제거될 것이고 그래서 연속성과 결정론이 회복되리라는 신념을 공유했다.

닐스 보어는 아인슈타인의 반대에 놀랐지만 그는 물리 이론이 선입견에 의한 개념이 아니라 측정 가능한 양과 연결 지을 수 있는 개념을 통해서만 세워질 수 있다는 규칙에 의해서 아인슈타인이 인도될 것으로 생각했다. 바로 그 규칙이 아인슈타인으로 하여금 에테르, 절대적인 시간 간격 그리고 중력과 관성 사이의 차이 같은 개념을 추방하게 만든 규칙이었다.
그러므로 동일한 규칙을 양자론에도 적용해야하지 않겠는가? 그러나 아인슈타인의 생각은 달랐다. 동일한 규칙을 적용하는 대신에 코펜하겐 해석의 근거인 불확정성의 법칙이 성립하지 않는 경우를 찾아내 그 법칙에 예외가 존재하므로 옳지 않다고 증명하기 위해 그의 위대한 능력을 집중했다. 그는 사고 실험(실제로는 기술적으로 어려워서 생각만으로 하는 상상 실험)을 사용하여 불확정성의 법칙의 예외를 보여주려고 시도했다.
아인슈타인은 매일 새로운 사고 실험을 생각해 보어에게 제시했고 보어는 그 실험의 오류를 찾아내 반박했다고 한다.

그중의 한 예는 보어를 정말 어렵게 만든 경우였는데 `하이젠베르크의 법칙에 의하면, 원자 내부라는 광자 정도 크기의 세계에서 일어나는 사건의 에너지 변화량과 그 사건이 일어나는 시간은 플랑크 상수보다 더 정확히 결정될 수 없다.
아인슈타인은 이 법칙이 성립하지 않는 한 가지 경우를 찾아냈다고 믿었다.
그의 생각은 만일 질량을 안다면 에너지를 결정할 수 있다는 자기가 발견한 방정식 E=mcxc에 근거했다.그래서 한 광자의 에너지를 알아내기 위해 그 질량을 측정해 볼 수 있다.

*사고 실험
내부 벽에 거울을 장치한 상자 속에 빛을 가두어 그 빛이 상자로부터 영원히 빠져 나올 수 없게 만들었다고 가정하자. 그리고 상자안에 특정한 순간에 동작되도록 미리 설정해 놓은 시계를 장치하고 이 시계에 의해 작동되는 셔터가 열리면 그 광자가 상자 밖으로 나갈 수 있다. 그 다음 상자의 질량을 측정한다면 질량의 변화를 알 수 있으므로 방정식을 이용해 광자의 에너지를 계산할 수 있다.이 경우 에너지의 변화량과 시간을 정확히 알 수 있다.

보어는 하루 밤낮을 꼬박 고민한 끝에 오류를 겨우 찾아낼 수 있었다.
그 것은 질량을 측정하는 실험이 시계에 미치는 영향이었다.보어의 반박을 보면 빛을 담은 상자가 용수철 저울에 매달려 있다고 상상하고 광자가 상자 밖으로 나갈 때 그 상자는 반동 때문에 움직일 것이다. 따라서 지구의 지면에 대한 상자의 높이 즉 지구의 중력장에 대한 상자의 위치도 변할 것이다.일반 상대론에 의하면 이러한 위치 변화는 시계의 시간이 흘러가는 비율도 변화시킴을 의미한다.그 변화량은 지극히 작겠지만 이 경우에는 절대적이다. 우선 도망가는 광자의 방향에 대한 불확정성, 그로 인한 상자 반동의 불확정성, 지구 중력장안에서 상자의 위치에 대한 불확정성 등 연쇄적으로 누적된 피할 수 없는 불확정성으로 말미암아 광자가 상자로부터 벗어나는 정확한 시간이 결정될 수 없기 때문이다. 이것은 하이젠베르크의 법칙으로 예상되는 딱 그만큼 불확실했다.
결국 아인슈타인은 졌다.

아인슈타인은 비록 엄밀한 과학적 이유만 가지고는 코펜하겐 해석을 도저히 반박할 수는 없다는 점을 인정했지만 여전히 양자론을 완전한 이론으로 인정하기를 거부했다.
그는 그 이론이 많은 일을 해냈지만, 우리를 영원하신 그분의 비밀에 조금도 더 가까이 데리고 가지는 못했다고 말했다.아인슈타인은 여전히 대상 자체를 기술할 가능성이 존재한다고 믿었다.반면 보어의 관점은 인간이 중심이었다. 관찰자로서의 인간은 이성적인 근거 위에서 인간이 행동하는 원인을 이해하려고 시도한다.

그러나 인간은 순수한 이성이나 순수한 공정성에 의해 인도되지 않는다.
주변상황에서 벗어나야 비로소 인간은 서로 다른 접근 방법 사이의 모순을 본다.인간은 추상적이라고 부르는 것의 창조자이므로 여기에 진정한 모순이란 존재하지 않는다. 관찰자로서 인간은 모순이 명백하게 드러나는 이론 체계를 세운다.닐스 보어는 인간의 바깥에 존재하는 양식을 보는 대신에 과학을 포함에 광범위하게 여러 가지 서로 다른 접근 방법을 총동원하면서 인간의 경험이 얼마나 넓고 풍부한지를 깨달았다.

아인슈타인은 양자론이 반론할 여지가 없음을 인정했으나 그 이후로도 이론이 완전하지 못하다는 주장을 굽히지 않았고 여러해 동안 보어와 논쟁을 벌였으며 나중에는 과학 이론에 대한 논쟁이 아니라 철학적 논쟁으로 전개되었다고 한다.그러는 동안 물리학에서는 양자 역학과 그 코펜하겐 해석이 원자와 원자의 모임의 행동을 근본적으로 설명하는 유일한 이론으로 남게 되었다. 이것은 오늘날 원자 물리학을 다루는 주된 도구이며 과학자 대부분은 확률을 대치할 이론이 나와서 양자역학을 대신하리라고 믿지 않게 되었다.

그러나 최근에 점점 더 높은 에너지와 관련된 현상에 대해 실험하면서 양자 역학이 적용될 수 있는 한계를 발견한 것처럼 보인다.오늘날 사용되고 있는 거대한 가속기를 사용해 원자핵이 수백만 또는 수억 전자볼트의 에너지를 지닌 소립자에 의해 충돌되면, 새로운 힘과 새로운 입자가 등장한다. 이것들은 양자 역학을 기반으로 삼고서도 대답할 수 없는 문제들을 제기한다. 새로운 이론이 필요하다.

이 새로운 이론은 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자 같은 핵자를 구성하는 쿼크 사이에는 글루온을 교환하는 강력이 작용하며 현재 이 강력은 원칙적으로 양자 색소 동력학이라고 부르는 새로운 이론 체계에 의해서 기술된다고 믿고 있다.
새로운 이론 체계에서도 불확정성의 원리와 코펜하겐의 해석은 조금도 영향을 받지 않았으며 양자 역학은 원자 세계를 양자 색소 동역학은 핵자의 세계를 기술하는 이론 체계가 되었다.

양자 역학이 출현할 당시에는 양자 역학이 고전 역학을 대치했다고 생각했으나 고전 역학, 양자 역학, 양자 색소 역학이 서로 다른 영역을 기술하는 올바른 체계라고 생각된다
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P.S : 전 너무 길어서 도중에 읽다가 어느정도 포기했습니다. 하핫!!(죄송합니다.)
출서는 네이버 지식(링크를 걸어두었습니다.) 입니다.
 
6/16 P.S:시간나서 마저 다 읽었습니다. 하핫!!

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광인 2009.06.15 22:09
참고로  "Whether God gambles with dice or not, It is non of your business"의 뜻은 "신이 주사위놀이를 하든 말든 당신이 상관할 바가
아니다." 라는 뜻으로 아인슈타인의 라이벌이었던 닐스 보어가 한말이죠.
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