비결정성

이 글은 카를로 로벨리의 관점에서 양자역학의 핵심을 입자성·비결정성·관계성이라는 세 가지 측면으로 정리한다.
입자성은 자연의 물리량과 가능한 상태가 무한히 연속적인 것이 아니라 플랑크 상수에 의해 제한되고 양자화된 불연속적 구조를 가진다는 뜻이다.
비결정성은 전자와 광자 같은 양자가 미리 정해진 경로를 따르는 것이 아니라 상호작용 순간 특정 장소와 상태로 나타나며, 그 결과는 확률로만 예측할 수 있음을 의미한다.
관계성은 입자의 위치·속도·에너지 같은 속성이 독립적으로 존재하는 것이 아니라 다른 물리계와의 상호작용 속에서만 실재성을 얻는다는 로벨리의 관계적 해석으로 이어진다.
따라서 양자역학이 그리는 세계는 고정된 ‘사물’들의 집합이 아니라, 확률적으로 일어나며 서로 관계를 맺는 사건과 과정의 끊임없는 흐름이다.

이 글은 이중 슬릿 실험을 통해 빛과 전자가 입자이면서 동시에 파동처럼 행동한다는 사실과, 그 배경에 있는 양자 중첩의 의미를 설명한다.
전자는 측정되기 전까지 하나의 위치나 경로로 정해지지 않고 여러 가능한 상태의 중첩으로 존재하며, 파인만의 경로 적분은 이를 ‘모든 가능한 경로’의 합으로 표현한다.
차일링거의 간섭 실험은 광자가 두 경로의 중첩 상태에 있을 때 간섭이 나타나지만, 어느 경로를 지나는지 측정하면 파동함수가 붕괴하며 간섭이 사라짐을 보여준다.
슈뢰딩거의 고양이, 다세계 해석, 숨은 변수 이론 등의 논의는 관측 이전의 양자 상태가 무엇인가라는 문제를 둘러싼 해석의 어려움을 드러낸다.
로벨리는 이러한 문제를 불확실성·확률·관계성의 관점에서 받아들이며, 양자 세계의 핵심을 입자성·비결정성·관계성으로 정리하고 관계적 양자역학으로 나아간다.