양자의 상호작용 속도는 빛의 최소 1만 배

양자의 상호작용 속도가 빛보다 1만배 이상 빠르다는 사실이 실험을 통해 밝혀졌다고 라이브사이언스 닷컴이 15일 보도했다.


중국과 미국 과학자들은 `얽혀있는 광자(광양자)’, 즉 물리적으로 분리돼 있을 때조차 `얽힘 상태’를 유지하는 광자들을 이용한 실험에서 이런 사실을 밝혀냈다고 물리학 논문 초고 등록 사이트 ArXiv.org에 발표했다.



양자 물리학자들은 광자 같은 두 개의 입자가 상호작용을 한 뒤 종종 얽힘 상태가 돼 물리적 쌍둥이처럼 된다는 사실을 오래 전부터 알고 있었다.







아인슈타인이 “불가사의한 원격 상호작용”이라고 부른 이런 현상은 많은 실험 대상이 됐고 보통은 얽힌 두 개의 양자를 각기 다른 장소로, 이를 테면 광자 A는 로스앤젤레스로, 광자 B는 보스턴으로 보내는 방식으로 이루어졌다.



광자 A를 관찰하면 특정한 극성을 띠지만 다른 광자는 반대의 극성을 띤다. 로스앤젤레스의
광자가 `위’이면 보스턴의 광자는 `아래’가 되는 식이다. 이런 극성은 측정하기 전에는 알 수 없지만 얽힌 광자들은 `즉시’ 자기가 있어야 할 상태를 `아는’ 것처럼 보인다.



연구진은 이 `즉시’의 의미를 알아내기 위해 얽힘상태에 있는 두 개의 광자를 16㎞ 떨어진 두 장소로 보낸 뒤 한 양자의 상태와 얽힘상태가 드러나는데 걸린 시간을 측정했다.


그 결과 양자 상호작용에 걸린 시간은 가장 느린 경우가 빛보다 1만 배 빠른 것으로 나타났다.



그러나 이런 실험 결과는 예상하지 못했던 것은 아니며 빛보다 빠른 메시지 전달이 가능함을 의미하는 것도 아니다. 왜냐하면 실제로 측정하기 전에는 얽혀있는 광자 쌍의 상태를 알 수 없기 때문이다.



따라서 광자들을 제어해 다른 쪽 광자가 특정 상태를 갖도록 만들어 모스부호처럼 사용할 수가 없는 것이다.



이런 종류의 실험은 지난 2008년 유럽 과학자들도 한 적이 있지만 연구진은 광자의 정확한 상태를 측정하는데 필요한 실제에 근접한 상수를 얻기 위해 같은 실험을 반복했다.



연구진은 광자의 상태가 바뀌는데 아무리 작은 시간이 걸리는 것으로 밝혀진다 해도 이런 시차가 양자 물리학에 어떤 의미를 갖게 될지는 분명치 않다고 밝혔다. 왜냐하면 양자현상을 해석하는데는 여러가지 방식이 있고 모두가 실험 결과를 똑같이 잘 설명하기 때문이다.



더구나 물리학자들은 이런 시차를 알아낼 수 있는 실험이 있는지조차 확신하지 못하고 있다.


연구진은 누군가가 양자 상호작용의 속도를 정확히 알아낸다는 것은 극도로 불가능하며 현대 물리학으로는 이런 종류의 발견이 원천적으로 막혀 있지만 한계를 밝혀내는 것도 의미있는 일일 것이라고 말했다.

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