신은 주사위를 던지지 않는다'-아인슈타인의 명언은 이렇게 많이 인용되지 않는다. 양자역학은 무작위성을 물리적 세계의 고유 속성으로 여기기 때문에 양자역학을 단호히 부정한다는 증거로 이 명언을 자연스럽게 꼽는다. (윌리엄 셰익스피어, 양자역학, 양자역학, 양자역학, 양자역학, 양자역학, 양자역학, 양자역학)
대중의 마음속에서 이야기는 이렇다. 아인슈타인은 어떤 것들은 불확실하다는 사실을 받아들이기를 거부했다. 그것들이 일어났을 때 일어났고, 사람들은 결코 원인을 찾을 수 없었다. (빌 게이츠, 지혜명언) 그의 동시대 사람들 중에서 그는 우주가 고전적인 물리학이라고 굳게 믿고 시계처럼 기계적으로 똑딱 소리를 내며 매 순간마다 다음 순간을 결정한다는 신념을 가진 유일한 사람이었다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 믿음명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 믿음명언) 주사위를 던지는 이 선은 그의 인생의 다른 면을 상징한다. 상대성 이론을 제시한 물리 혁명가는 슬프게도 보수주의자로 변했다. 그는 양자론 방면에서' 시대에 뒤떨어졌다' 고 말했다. 닐스 볼이 논평한 바와 같다.
하지만 여러 해 동안 많은 역사학자, 철학자, 물리학자들이 이 이야기에 의문을 제기했습니다. 아인슈타인의 원어를 연구한 후, 그들은 아인슈타인의 비 결정론에 대한 사고가 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 급진적이고 세심하다는 것을 발견했다. 미국 성모대 역사학자 돈 A 하워드 (Don A. Howard) 는 "이 일을 정확하게 이해하는 것이 우리의 사명이 되었다" 고 말했다. "문헌을 깊이 발굴한 후, 우리는 사실이 일반 서술과는 전혀 다른 것을 보고 놀라움을 금치 못했다." 그와 다른 사람들이 증명한 바와 같이 아인슈타인은 실제로 양자역학의 불확실성을 인정했다. 양자역학의 불확실성을 발견했기 때문이다. 그가 받아들일 수 없는 것은 비 결정론이 자연의 기본 원리라는 것이다. 비 결정론은 양자 이론이 설명 할 수없는 모든면에서 더 깊은 물리적 현실이 있음을 암시합니다. 아인슈타인의 비평은 결코 신비롭지 않다. 반대로, 그가 주목하는 몇몇 과학적 문제들은 지금까지도 해결되지 않았다.
우주는 시계 기구인지 주사위를 던지는 테이블인지 물리학의 핵심을 건드렸다. 우리가 보기에 물리학은 복잡하고 복잡한 자연계에서 숨겨진 간단한 원리를 발견하는 것이다. 만약 한 가지 일이 아무 이유도 없이 일어난다면, 우리의 이성적 탐구는 여기서 이미 한계에 이르렀다는 것을 알 수 있다. "불확실성이 기본 원칙이라면 과학의 종말을 의미할 것이다." MIT 우주학자 앤드류 S 프리드먼이 걱정스럽게 말했다.
그러나 역사의 철학자들은 비 결정론이 인간의 자유 의지의 전제 조건이라고 가정했다. 아니면 우리가 태엽에 있는 톱니바퀴라면, 모든 것은 운명입니다. 우리가 우리 자신의 운명의 주재자라면, 우주는 결국 결정론이 아니다. 이런 이원대립을 구분하는 것은 중요한 현실적 의의를 가지고 있으며, 사회가 사람들이 자신의 행동에 대해 얼마나 많은 책임을 져야 하는지를 결정하는 데 도움이 될 수 있다. 우리의 법률 체계에서는 자유 의지의 가설이 곳곳에서 볼 수 있다. 한 사람이 범죄를 저질렀다고 고발하는 것은 고의적이어야 한다. (존 F. 케네디, 자유명언) 이를 위해 법원은 피고가 무죄인지, 정신착란, 청소년의 충동, 타락한 사회적 배경에 의해서만 움직였는지 판단하기 위해 노력해 왔다.
그러나, 사람들이 이원 대립에 대해 이야기할 때, 그들은 보통 그것이 틀렸다는 것을 증명하려고 시도한다. 사실, 많은 철학자들은 우주가 결정론을 따르는지 아니면 비결정론을 따르는지에 대해 논쟁하는 것은 무의미하다고 생각합니다. 왜냐하면 그것은 연구 대상의 크기나 복잡성, 즉 입자, 원자, 분자, 세포, 유기체, 사상, 공동체에 달려 있기 때문입니다. 결정론과 비 결정론의 차이는 특정 수준에 달려 있다. "런던 정치경제대학의 철학자 크리스티안 리스터가 말했다. "만약 어떤 층이 확실하다면, 그것은 더 높고 낮은 수준에서 불확실하다." 원자의 뇌 속 운동 패턴은 완전히 확실하지만, 우리는 여전히 행동의 자유를 누릴 수 있다. 원자와 주동성은 서로 다른 수준에서 작동하기 때문이다. 마찬가지로, 아인슈타인은 양자 계층의 결정론을 찾으려고 노력하면서 양자 계층이 여전히 확률적이라는 것을 보증하고 있다.
1 .. 아인슈타인은 무엇을 반대합니까?
아인슈타인이 어떻게' 반양자역학' 이라는 꼬리표를 붙였는지는 양자역학 자체와 마찬가지로 큰 수수께끼였다. "양자" 라는 개념-불연속적인 에너지 단위는 1905 년 그의 사상의 결정체였으며, 사실 그 후 15 년 동안 그는 유일하게 에너지 양자화 사상을 지지하는 사람이었다. 아인슈타인은 양자역학의 기본 특징을 제시했는데, 이것은 오늘날 보편적으로 받아들여지고 있다. 예를 들어, 빛은 입자와 파동처럼 행동할 수 있고, 엘윈 슈뢰딩거 (Erwin Schr) 는? 슈뢰딩거가 1920 년대에 세운 양자 이론의 가장 일반적인 표현도 아인슈타인의 파동 물리학에 대한 사고에 기반을 두고 있다. 아인슈타인은 양자역학이나 무작위성에 반대하지 않는다. 19 16 에서 그는 원자가 광자를 방출할 때 발사 시간과 각도가 모두 무작위임을 증명했다. 이것은 아인슈타인이 무작위성에 반대하는 대중의 이미지와 정반대이다. "헬싱키 대학의 철학자 얀 폰 플라톤이 말했다.
하지만 아인슈타인과 그의 동시대 사람들은 양자현상은 무작위이고 양자론은 슈뢰딩거 방정식 100% 가 결정론에 복종한다는 심각한 문제에 직면해 있다. 이 방정식은 소위 "파동 함수" 를 사용하여 입자나 시스템을 묘사하고, 입자의 파동 특성을 반영하며, 입자군이 나타낼 수 있는 파형을 설명합니다. 방정식은 파동 함수의 각 모멘트를 완전히 예측할 수 있습니다. 슈뢰딩거 방정식은 뉴턴의 운동 법칙보다 여러 가지 면에서 더 확실하다. 특이점 (물리량이 무한히 커져서 묘사할 수 없음) 이나 혼돈 (운동은 예측할 수 없음) 과 같은 혼돈을 일으키지 않는다.
까다로운 것은 슈뢰딩거 방정식의 확실성은 파동 함수의 확실성이지만 파동 함수는 입자의 위치와 속도만큼 직접 관찰할 수 없다는 것이다. 그것은 단지 어떤 물리량이 관찰할 수 있는지, 그리고 각 결과가 관찰될 가능성을 밝힐 뿐이다. 양자 이론은 파동 함수가 무엇인지, 진파로 간주될 수 있는지에 대한 질문에 대답하지 않았다. 따라서 우리가 관찰한 무작위성은 자연계의 내재적 본질인지 표면현상인지, 이 문제는 아직 해결되지 않았다. 사람들은 양자역학이 불확실하다고 말하지만, 이 결론을 내리기에는 아직 이르다. "스위스 제네바 대학의 철학자 크리스찬 W ü th 리치 (Christian Wüthrich) 가 말했다.
또 다른 초기 양자역학의 선구자인 워너 하이젠버그는 파동 함수를 안개로 생각하여 어떤 물리적 현실을 가렸다. 입자의 위치가 파동 함수에 의해 정확하게 찾을 수 없는 경우 실제로는 어디에도 없기 때문입니다. 입자를 관찰해야만 어딘가에 존재할 수 있습니다. 파동 함수는 원래 거대한 공간에 분산되어 있었을 수도 있지만, 관측하는 순간 갑자기 어딘가에서 최고치로 붕괴되어 여기에 입자가 나타났다. 입자를 관찰할 때, 그것은 더 이상 확실성을 나타내지 않고, 한 아이가 의자 게임에서 자리를 빼앗는 것처럼 갑자기 어떤 결과로 뛰어내린다. (존 F. 케네디, 공부명언) 붕괴를 지배할 수 있는 법칙이 없고, 붕괴를 묘사할 수 있는 방정식이 없다. 그것은 단지 발생했을 뿐, 그것뿐이다.
파동 함수의 붕괴는 코펜하겐 해석의 핵심이다. 볼과 그의 연구소가 있는 도시의 이름을 따서, 하이젠버그도 이곳에서 그의 초기 작업의 대부분을 완성했다. 코펜하겐 학파는 관찰된 무작위성을 양자역학의 표면 성질로 보고 더 이상 해석할 수 없다. 대부분의 물리학자들은 심리적인' 고정효과' 때문에 이런 주장을 받아들인다. 이 해석은 이미 충분하고 가장 오래된 설명이다.
아인슈타인은 양자역학에 반대하지 않지만 코펜하겐 해석에 반대할 것이다. 그는 물리적 시스템이 끊임없이 진화할 수 있다는 관점을 측정하는 것을 좋아하지 않는다. 이것이 그가' 신이 주사위를 던지는 것' 의 배경에 의문을 제기하기 시작한 것이다. 아인슈타인은 1926 에서 이런 구체적인 문제를 유감스럽게 생각했지만, 그는 양자 역학이 결정론을 절대적으로 필요로 한다고 형이상학적으로 주장하지 않았다. "라고 하워드는 말했다. "그는 파동 함수의 붕괴가 불연속성을 초래했는지 생각하는 데 특히 집중했다."
아인슈타인은 파동 함수의 붕괴가 실제 과정일 수 없다고 생각한다. 이를 위해서는 일정한 초거리 순간 작용, 즉 어떤 신비한 메커니즘이 필요하며, 파동의 왼쪽과 오른쪽이 같은 최고치로 붕괴될 수 있도록 해야 한다. 설령 외부의 힘이 없어도. 아인슈타인뿐만 아니라, 그 시대의 모든 물리학자들은 빛의 속도를 초과하고 상대성 이론을 명백히 위반할 수 있기 때문에 그러한 과정이 불가능하다고 생각했다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 해리포터, 물리학자, 물리학자, 물리학자, 물리학자, 물리학자, 물리학자) 사실 양자역학은 주사위를 자유롭게 던질 수 있는 기회를 전혀 주지 않았다. 라스베가스에서 주사위를 던지더라도, 베가스에서 주사위를 던지더라도, 다른 한 명은 베가스에서 다른 주사위를 던진다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 남녀명언) 아인슈타인에게 이것은 주사위가 숨겨진 속성을 포함하고 있다는 것을 분명히 의미하며, 그 결과는 미리 수정할 수 있다. 하지만 코펜하겐 학파는 비슷한 것의 존재를 부인하고 주사위가 먼 공간에서 상호 작용할 수 있다고 제안했다.
코펜하겐 학파가 측량한 마력은 아인슈타인을 더욱 괴롭혔다. 측정은 도대체 무엇입니까? 의식적인 생명이나 평생 교수만이 측정할 수 있는 것일까? 하이젠버그와 다른 코펜하겐 학자들은 이 점을 상세히 설명하지 못했다. 어떤 사람들은 우리의 관찰이 현실을 창조했다고 생각합니다. 이 아이디어는 시적으로 들리지만 너무 시적일 수 있습니다. 코펜하겐 학파는 양자역학이 완전하고 결코 대체되지 않을 궁극적 이론이라고 생각하지만 아인슈타인은 이런 생각이 너무 경솔하다고 생각한다. 그는 자신의 이론을 포함한 모든 이론을 더 높은 수준의 이론에 대한 디딤돌로 여겼다.
2. 마음대로 생각하다
아인슈타인은 코펜하겐 학파가 해석할 수 없는 문제를 파악하면 양자 무작위성과 물리학의 다른 모든 유형의 무작위성과 마찬가지로 그 뒤에 더 깊은 과정의 결과라는 것을 알게 될 것이라고 생각한다. 아인슈타인은 태양 속에서 날아다니는 먼지가 보이지 않는 공기 분자의 복잡한 움직임을 드러내고 방사성 원자핵이 광자를 발사하는 과정도 비슷하다고 생각한다. 그렇다면 양자역학은 자연의 기본 구성 요소의 전반적인 행동을 설명할 수 있는 거친 이론일 수도 있지만, 해상도가 개인을 설명하기에 충분하지 않을 수도 있다. 좀 더 깊고 완전한 이론은 신비한' 점프' 를 도입하지 않고 이 운동을 완전히 설명할 수 있을 것이다.
이 견해에 따르면 파동 함수는 공정한 주사위가 반복적으로 던져지면 면당 횟수가 대략 같아야 한다는 것과 같은 집단적 묘사입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 정의명언) 파동 함수의 붕괴는 물리적 과정이 아니라 지식의 획득이다. 6 면 주사위를 던지면 위쪽면이 4 이면 1 대 6 의 가능성은 실제 결과, 즉 4 로' 붕괴' 됩니다. 전능한 악마가 있다면, 그는 주사위에 영향을 미치는 모든 작은 세부 사항을 추적할 수 있는 능력을 가지고 있다. 네가 책상에서 주사위를 던지는 정확한 방식은 결코' 붕괴' 로 이 과정을 묘사하지 않을 것이다.
아인슈타인의 직감은 분자 집단 효과에 대한 그의 초기 작업에서 나온 것으로, 분자 집단 효과는 물리학의 한 가지, 즉 통계역학이라고 불리는데, 그 중에서도 배후의 현실이 확실하더라도 물리학은 확률적일 수 있다는 것을 증명했다. 1935 년, 아인슈타인은 철학자 칼 포푸르에게 편지를 썼다. "당신의 논문에서, 당신은 확실성 이론에서 통계적 결론을 도출할 수 없다고 제안했지만, 나는 당신이 틀렸다고 생각합니다. 고전 통계역학 (기체 이론 또는 브라운 운동 이론) 만 고려하면 됩니다. "
아인슈타인의 눈에는 코펜하겐 해석의 확률만큼 객관적이다. 운동의 기본 법칙에는 나타나지 않지만 세계의 다른 특징을 보여 주기 때문에 인간의 무지의 산물이 아니다. 아인슈타인은 포푸르에게 보낸 편지에서 일정한 속도의 원주 운동을 하는 입자의 경우, 어느 호에 나타날 확률이 입자 궤적의 대칭성을 반영한다. 마찬가지로 주사위가 위를 향할 확률은 6 분의 1 이다. 왜냐하면 여섯 면이 모두 같기 때문이다. "그는 통계역학에서 확률의 세부 사항이 중대한 물리적 의미를 담고 있다는 것을 알고 있다. 이 방면에서, 그는 정말 그 시대의 대다수 사람들보다 더 잘 안다. " 하워드가 말했습니다.
통계역학의 또 다른 계발은 우리가 관찰한 물리량이 반드시 더 깊은 수준에 존재하는 것은 아니라는 것이다. 예를 들어, 가스 덩어리에는 온도가 있지만 단일 가스 분자에는 온도가 없습니다. 비유를 통해 아인슈타인은' 자량자론' 이 양자론과 현저히 달라야 한다고 믿기 시작했다. 그는 1936 에서 "양자역학이 진리의 기묘한 구석을 잡았다는 것은 의심의 여지가 없다 ... 하지만 양자역학은 사람들이 열역학 (또는 통계역학) 에서 역학의 기초를 찾을 수 없는 것처럼 기본원리를 찾는 출발점이라고 믿지 않는다" 고 썼다. 더 깊은 수준을 설명하기 위해 아인슈타인은 입자와 완전히 다른 구조에서 입자가 파생되는 통일된 장론을 찾으려고 시도했다. 결론적으로, 전통적인 관점은 아인슈타인을 오해했고, 아인슈타인은 양자물리학의 무작위성을 부인하지 않았다. 그는 설명을 통해 무작위성을 제거하는 것이 아니라 무작위성을 설명하려고 시도했다.
3. 계층 구조
아인슈타인의 전반적인 계획이 실패했음에도 불구하고 무작위성에 대한 그의 기본 직관은 여전히 성립되었다. 비 결정론은 결정론에서 도출될 수 있다. 양자와 양자에너지급, 혹은 자연계의 다른 한 쌍의 에너지급은 모두 독특한 구조를 포함하고 있기 때문에, 그것들도 서로 다른 법칙을 준수한다. 한 계층을 관리하는 법칙은 다음 계층의 법칙이 완전히 질서 정연하더라도 진정한 랜덤 존재를 허용할 수 있다. 결정론의 미시물리학은 결정론의 거시물리학으로 이어지지 않는다. "케임브리지 대학의 철학자 제레미 바트필드가 말했다.
원자 수준의 주사위를 고려하다. 그것의 원자 구조는 무수한 가능성을 가질 수 있어 육안으로는 분별할 수 없다. 주사위를 던질 때 어떤 구조라도 추적하면 특정 결과를 관찰할 수 있다. 이것은 완전히 확실하다. 일부 구성은 주사위 1 위를 향하고, 다른 구성은 주사위 2 위를 향하게 합니다. 따라서 단일 매크로 조건 (던져짐) 으로 인해 여러 가지 가능한 매크로 결과 (6 면 중 한 면이 위를 향함) 가 발생할 수 있습니다. "거시적인 수준에서 주사위를 묘사한다면 확률 객관적 존재를 허용하는 무작위 시스템으로 볼 수 있다." 세르게이 폰투바즈 대학의 수학자인 마르쿠스 피바토와 함께 등급 연구에 참여한 리스터는 말했다.
높은 계층은 빌드되지만 (용어로는 낮은 계층에 "부착" 됨) 독립적으로 실행됩니다. 주사위를 묘사하기 위해서는 주사위 수준에서 노력해야 하고, 그렇게 할 때는 원자와 그 역학만 무시할 수 있다. 만약 당신이 한 수준에서 다른 수준으로 뛰어내린다면, 콜롬비아 대학의 철학자 데이비드 Z 앨버트의 말로 참치 샌드위치의 정치적 입장을 묻는 것과 같은' 범주 오류' 가 나타날 것입니다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 정치학, 정치학, 정치학, 정치학) "여러 수준에서 설명할 수 있는 현상이 있다면, 우리는 개념적으로 서로 다른 수준의 혼동을 피하기 위해 매우 신중해야 한다." 리스터가 말했다.
계층 논리도 거꾸로 작용한다. 비 결정론의 미시물리학은 결정론의 거시물리학으로 이어질 수 있다. 야구를 구성하는 원자는 무작위로 움직이지만, 야구의 궤적은 완전히 예측할 수 있다. 양자 무작위성이 평균화되기 때문이다. 마찬가지로, 기체의 분자도 복잡한 운동 (실제로는 불확실함) 을 가지고 있지만, 기체의 온도와 기타 특성은 매우 간단한 법칙으로 설명할 수 있다. 심지어 스탠퍼드 대학교의 로버트 라블린과 같은 일부 물리학자들은 낮은 에너지 등급이 전혀 중요하지 않다고 생각합니다. 기본 성분이 무엇이든 같은 집단 행동을 할 수 있다. 결국, 물 속의 분자, 은하의 별, 고속도로의 자동차와 같은 다양한 시스템은 유체 운동의 법칙을 따른다.
계층 적 관점에서 생각할 때, 비 결정론은 과학의 종말을 알리는 우려가 사라집니다. 우리 주변에는 물리 법칙을 준수하는 전체 우주를 물리 법칙을 준수하지 않는 다른 부분과 분리하는 벽이 없다. 반대로, 세계는 결정론과 비 결정론으로 구성된 층층 케이크이며, 인류는 이 층층 케이크에 존재한다. 입자의 모든 행동이 정해져 있다 하더라도, 입자의 행동을 지배하는 저급 법칙이 인간의 의식을 지배하는 고급 법칙과 다르기 때문에 우리의 선택은 전적으로 우리 스스로 결정할 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 지혜명언) 이 관점은 결정론과 자유 의지 사이의 곤경을 해결했다. -응?
사실, 하워드는 아인슈타인이 자신의 질문에 대한 답을 얻을 수 있는 한 비결정론을 기꺼이 고려할 것이라고 생각합니다. 예를 들어, 어떤 사람이 측정이 무엇인지 명확하게 설명할 수 있다면, 입자가 거리 없이 어떻게 연관성을 유지하는지 설명할 수 있을 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 측정명언) 아인슈타인이 결정론을 최우선 요건으로 삼지 않았다는 조짐이 있다. 코펜하겐 해석을 요구한 결정론 이론도 이 두 가지 문제를 설명하고 대체 이론을 거부한다. 또 다른 역사학자인 워싱턴 대학의 아서 파인 (Arthur Fine) 은 하워드가 아인슈타인의 비 결정론에 대한 수용도를 과장했다고 생각했지만, 여러 세대의 물리학자들이 오해한 주사위 던지는 이야기보다 하워드의 생각이 더 타당하다고 생각했다.