양자역학의 기본 이론인 ‘불확정성 원리’가 항상 성립하는 건 아니라는 연구 결과가 나왔다.

16일 아사히신문 등 일본 언론에 따르면, 오스트리아 빈 공대 하세가와 유지(長谷川祐司) 조교수와 일본 나고야대 오자와마사나오(小澤正直) 교수 등은 중성자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정할 수 있다는 내용의 수식과 이를 입증하는 실험 결과를 영국 물리학 전문지 ‘네이처 피직스’ 인터넷판에 발표했다.

이로써 독일 물리학자 베르너 하이젠베르크(1901∼1976)에게 1932년 노벨물리학상을 안겨준 불확정성 원리가 결함이 있다는 사실이 입증된 셈이다.

불확정성 원리는 전자와 중성자 등 미세한 입자의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정할 수는 없다는 것. 사람의 눈에 어떤 물질이 보이는 것은 물질에 닿은 빛이 반사해 눈에 도달하기 때문이다. 위치를 정확하게 측정하려고 하면 운동량이 확정되지 않고 반대로 운동량을 측정하려 하면 위치가 불확정해진다.

그러나 연구진은 원자핵을 구성하는 중성자의 ‘스핀’이란 성질을 정밀하게 측정하는 방법을 개발했다. 위치와 속도에 해당하는 두 종류의 스핀을 매우 정확하게 측정했고 오차는 불확정성 원리를 나타내는 수식의 허용 범위보다 작았다. 이는 오자와 교수가 2003년에 만든 ‘오자와의 부등식’을 실험으로 입증한 것이기도 하다. 오자와의 부등식은 ‘불확정성 원리가 늘 성립하는 건 아니다’라는 의미를 담고 있다.

전문가들은 “불확정성 원리에 결함이 있다고 해서 양자역학이 틀렸다는 게 아니라 오히려 하이젠베르크의 부등식에서는 할 수 없다고 생각한 측정을 할 수 있게 됐고, 양자역학의 가능성이 커졌다는 의미”라며 “오자와의 부등식은 해독 불가능한 양자암호나 양자컴퓨터 등 양자 정보기술 연구의 유력한 수단이 될 것”이라고 밝혔다.

오자와 교수도 “작은 입자의 위치와 속도를 정확하게 측정할 수 있다는 점이 실험으로 입증됐다”며 “앞으로 새로운 양자역학이 발전할 것”이라고 기대감을 나타냈다.

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