양자세계에서는 입자가 동시에 두 곳에 존재한다는 불가사의가 일어날 수 있다. 물리학자는 이것을 '중첩'이라고 부른다. 양자적인 중첩은 실제로 실험실에서 여러 번 확인되었지만 매우 섬세하고 깨지기 쉽습니다. 중첩된 입자가 주변 입자들과 상호작용하면 중첩은 즉시 '수축'하고 입자의 위치는 하나로 확정된다.
하지만 '중첩이 유지되고 있는 동안 입자의 물리적 성질은 어떻게 될 것인가'라고 비엔나대학의 Markus Aspelmeyer 씨는 생각했다. 예를 들어 입자가 만들어내는 미소한 중력장은 어떻게 되는 것인가? 어떤 물체를 겹쳐 놓았다고 하자. 여기서 의문이 생긴다. 그 물체는 도대체 어떻게 중력을 미칠 것인가?
그가 하려고 하는 실험은 원래 유명한 물리학자 파인만(Richard Feynman)이 1957년 학회에서 사고실험으로 제창한 것이다. 만약 중력이 양자현상이라면 동시에 2개의 장소에 존재하는 중첩된 입자는 2개의 다른 중력장을 생성할 것이라고 파인만은 주장했다. 일반상대론에 따르면 중력장은 시공간의 왜곡이다. 따라서 하나의 작은 질량이 양자적 중첩되면 두 개의 서로 다른 시공간이 서로 인접하여 동시에 존재합니다.
만약 이러한 시공의 중첩이 생겼을 경우 거기에 다른 물체(시험질량이라고 부른다)를 가져오면 중첩이 된 시공과 어떤 상호작용을 할 것인가? 두 개의 다른 중력장에서 인력을 받아 운동할까 아니면 일부 물리학자가 생각하고 있듯이 상호작용에 의해 중첩이 깨져 보통의(1개의) 중력장에 의한 운동을 하는 것일까? 시공의 중첩이 깨지지 않고 유지되고 시험질량이 중첩된 중력장과 실제로 상호작용하면 그것은 중력장의 중첩이 시험질량과 '양자얽힘(quantum entanglement)'이 됨을 나타내는 강력한 증거가 될 것이다.
Markus Aspelmeyer 씨의 실험은 보기에는 불가능해 보이지만 중력의 이해를 바꿀 가능성을 지니고 있다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 時空の量子化をとらえる
https://www.nikkei-science.com/201908_066.html
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