실험으로 증명된 양자역학…아인슈타인의 ‘위대한 직관’에 패배 안기다[전문가의 세계 - 이종필의 과학자의 발상법]
일러스트 | 김상민 기자 yellow @ kyunghyang.com 보어의 양자역학에 맞선 아인슈타인, 고전역학의 ‘국소성’에 기반한 ‘ EPR 논문’으로 ‘불확정성 원리’의 모순점을 주장 모처럼 만난 알베르트 아인슈타인과 닐스 보어가 회포를 풀기 위해 보어의 단골 고깃집인 ‘양자( quantum )식당’으로 향했다. 음식을 주문할 때 아인슈타인은 보어에게 한 가지 재미있는 제안을 했다. 식당 입구에 고기메뉴 상자와 식사메뉴 상자를 하나씩 둔다. 고기메뉴 상자 속에는 ‘삼겹살’과 ‘갈비’를 적은 쪽지가 접힌 채로 하나씩 놓여 있고 식사메뉴 상자 속에는 ‘누룽지’와 ‘냉면’이 적힌 쪽지가 역시 접힌 채로 하나씩 놓여 있다. 아인슈타인과 보어는 고기메뉴 상자에서 쪽지를 하나씩 뽑고 또한 식사메뉴 상자에서 쪽지를 하나씩 뽑아 펴 보지 않은 채로 자리를 잡고 앉는다. 이제 메뉴 쪽지를 펴 볼 텐데, 양자식당에서는 고기메뉴 쪽지와 식사메뉴 쪽지가 동시에 펼쳐져 있으면 안 된다는 규칙이 있다. 양자식당의 메뉴 쪽지들은 신묘한 능력이 있어 쪽지를 펴서 직접 확인해 보기 전에는 두 메뉴, 예컨대 삼겹살과 갈비가 서로 섞여 있는 이른바 ‘중첩’ 상태에 놓여 있다. 중첩이란 마치 두 사람의 목소리가 합쳐져 화음을 내는 것과 비슷하다. 만약 누군가 쪽지를 펴 보면 그제야 둘 중 하나의 메뉴가 정해진다. 삼겹살이 나올지 갈비가 나올지는 오직 확률로만 정해진다. 여기서는 그 확률이 각각 50 %씩이라고 하자. 이는 고전적인 물리학의 규칙과 다르다. 뉴턴역학에서는 누군가 상자에서 쪽지를 선택하는 바로 그 순간에 모든 것이 결정된다. 고기메뉴와 식사메뉴 쪽지를 동시에 펴 볼 수 없다는 규칙도 생뚱맞다. 이렇게 되면 고기메뉴와 식사메뉴를 동시에 정확하게 정할 수 없다. 고기메뉴를 먼저 선택하면 그 영향으로 고기메뉴와 어울리는 식사메뉴를 생각할 수밖에 없어 정말로 식사만으로 무엇을 먹고 싶은지 정할 수 없기 때문이라는 것이 양자식당의 논리이다. 따라서 고기메뉴가 정해지면 식사메뉴는