근대물리학의 근간 ‘불확정성 원리 결점’ 발견
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근대물리학의 근간 ‘불확정성 원리 결점’ 발견
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양자역학 교과서 공식 다시 고쳐 써야 하나?

오스트리아 비엔나 대학 재클린 엘할트 연구팀과       
▲ Nature Physics에 게재된 글의 일러스트 ⓒ 뉴스타운
일본 나고야대학 공동 연구팀이 마치 근대물리학의 금과옥조처럼 여겨왔던 80여년 된 물리학의 기본인 된 ‘불확정성의 원리(uncertainty principle)’에 결점이 있이, 이 ’불확정성 원리‘가 성리하지 않은 경우가 있음을 세계 최초로 실험을 통해 발견했다고 15일(현지시각) 영국의 과학 잡지 ’네이처 피직스‘ 인터넷 판에 발표해 주목된다. 

네이처 피직스에 게재된 실험 결과 제목은 “스핀 측정에 있어 보편적으로 유효한 오류 방해 불확실성 관계의 실험(Experimental demonstration of a universally valid error?disturbance uncertainty relation in spin measurements)”이다. 

불확정성 원리는 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg, 1901~1976)가 제안한 것으로, 불확정성 원리는 ‘전자와 중성자 등 소립자 세계를 설명하는 양자 역학의 근간을 이루며 여러 가지 물리적 성질에서 기인한다고 한다’. 

나고야 대학의 오자와 마사나오(小?正直) 교수 는 이번 결점의 발견으로 미래 기술로 기대되는 ‘양자암호 통신’의 정밀도를 높이는 가능성 등으로 이어질 수 있게 된다면서 “양자 역학 교과서의 가장 첫 부분에 나오는 공식을 다시 고쳐 써야 할 성과”라고 밝혔다.

‘양자 역학’은 전자 등의 입자가 파동의 측면도 갖고 있다고 보는데 위치를 정확하게 측정하려고 하면 운동량이 확정되지 않고 반대로 운동량을 측정하려 하면 위치가 불확정해지기 때문에 위치와 운동량을 동시에 오차 없이 측정하는 것은 불가능하다는 것이 불확정성 원리이다.

오자와 교수 연구팀은 해외 연구용 원자로에서 발생시킨 중성자를 이용해 자전에 해당하는 스핀 값을 측정했다. 이 원리에 의하면 스핀의 세로와 가로 두 방향의 성분은 동시에 측정하면 오차가 발생해야 하는데 오자와 교수 연구팀은 중성자가 특정 상태에 있는 경우, 원리가 규정하는 물리적 성질을 뛰어넘는 높은 정밀도로 두 방향을 측정하는 데 성공했다는 것이다.

오자와 교수는 지난 2003년 불확정성 원리에는 결점이 있다고 보고, 조건에 따라서는 오차가 없는 측정이 가능하게 된다는 이론을 발표해 실험 연구팀과 확인 작업을 진행해 왔다

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