물리학과 철학을 '하나의 전체'로 테스트하는 실험은 우주에 대한 확실한 지식을 얻을 수 있는 유일한 경로일 수 있습니다.
Nico Roper/Quanta 매거진
형이상학은 세계의 깊은 발판, 즉 공간, 시간, 인과 및 존재의 본질, 현실 자체의 기초를 다루는 철학의 한 분야입니다. 형이상학적인 가정은 테스트를 수행하고 결과를 해석하려는 우리의 모든 노력의 기초가 되기 때문에 일반적으로 테스트할 수 없는 것으로 간주됩니다. 이러한 가정은 대개 암묵적으로 이루어집니다.
대부분의 경우에는 괜찮습니다. 세상이 돌아가는 방식에 대해 우리가 갖고 있는 직관은 우리의 일상 경험과 거의 충돌하지 않습니다. 예를 들어, 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도에서 또는 양자 속도보다 훨씬 더 큰 규모에서 우리는 물체가 우리의 측정과 관계없이 명확한 특징을 가지고 있고, 우리 모두가 보편적인 공간과 시간을 공유하며, 우리 중 한 사람에 대한 사실은 모두에게 사실이라고 가정할 수 있습니다. 우리의 철학이 작동하는 한, 그것은 발견되지 않은 채 배후에 숨어 있어서 과학이 형이상학과 분리될 수 있는 것이라고 잘못 믿게 됩니다.
그러나 빠른 속도와 작은 규모의 경험의 미지의 가장자리에서는 이러한 직관이 더 이상 우리에게 도움이 되지 않으며, 우리가 철학적 가정에 정면으로 맞서지 않고는 과학을 수행하는 것이 불가능해집니다. 갑자기 우리는 과학과 철학을 더 이상 깔끔하게 구별할 수 없는 상황에 놓이게 되었습니다. 물리학자 Eric Cavalcanti에 따르면 "실험적 형이상학"이라고 불리는 곳입니다.
호주 브리즈번 그리피스 대학교의 에릭 카발칸티(Eric Cavalcanti)는 자신을 '실험적 형이상학자'라고 부릅니다.
Quanta Magazine의 Luke Marsden
Cavalcanti는 물리학과 철학 사이의 일반적인 구분선에 저항해 온 반항적인 사상가들의 긴 행렬을 통해 뻗어나가는 전통의 횃불을 들고 있습니다. 실험적 형이상학에서 과학의 도구는 우리의 철학적 세계관을 테스트하는 데 사용될 수 있으며, 이는 다시 과학을 더 잘 이해하는 데 사용될 수 있습니다. 호주 브리즈번 그리피스 대학의 교수인 브라질 출신의 46세 카발칸티(Cavalcanti)와 그의 동료들은 현실의 본질에 엄격하고 놀라운 제약을 가하는 정리인 실험적 형이상학에서 얻은 가장 강력한 결과를 발표했습니다. 그들은 이제 물리학뿐만 아니라 마음에 관한 우리의 가정을 테스트하기 위해 논란의 여지가 있지만 영리한 실험을 설계하고 있습니다.
우리는 과학에 철학을 주입하면 덜 과학적인 결과가 나올 것이라고 예상할 수 있지만 실제로는 그 반대가 사실이라고 Cavalcanti는 말합니다. "어떤 의미에서 우리가 실험적 형이상학을 통해 얻은 지식은 더 안전하고 더 과학적입니다."라고 그는 말했습니다. 그 이유는 그것이 우리의 과학적 가설뿐만 아니라 일반적으로 그 아래 숨겨져 있는 전제도 조사하기 때문입니다.
과학과 철학 사이의 경계선은 결코 명확하지 않았습니다. 종종 테스트 가능성에 따라 그려집니다. 그 이름에 걸맞은 모든 과학은 그것을 위조할 수 있는 테스트에 취약하다고 알려져 있는 반면, 철학은 지저분한 실험 범위 너머 어딘가에 떠도는 순수한 진실을 목표로 합니다. 그러한 구별이 작용하는 한, 물리학자들은 "진짜 과학"이라는 지저분한 사업을 계속할 수 있고 철학자들을 안락의자에 앉아 턱을 쓰다듬게 할 수 있다고 믿습니다.
그러나 결과적으로 테스트 가능성 구별은 유지되지 않습니다. 철학자들은 가설을 증명하는 것이 불가능하다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다. (백조가 아무리 많이 보이더라도 다음 백조는 검은 백조일 수 있습니다.) 그렇기 때문에 칼 포퍼는 진술이 반증 가능한 경우에만 과학적이라고 말한 것으로 유명합니다. 증명할 수 없다면 적어도 반증하려고 노력할 수는 있습니다. 하지만 1906년에 프랑스 물리학자 피에르 뒤앙(Pierre Duhem)은 단일 가설을 반증하는 것이 불가능하다는 것을 보여주었습니다. 그는 과학의 모든 부분이 얽힌 가정의 그물망에 묶여 있다고 주장했습니다. 이러한 가정은 기본 물리 법칙부터 특정 측정 장치의 작동에 이르기까지 모든 것에 관한 것입니다. 실험 결과가 가설을 반증하는 것으로 나타나면 가설은 그대로 유지하면서 가정 중 하나를 조정하여 언제든지 데이터를 설명할 수 있습니다.
예를 들어, 시공간의 기하학을 생각해 보십시오. 18세기 철학자 임마누엘 칸트는 공간과 시간의 속성은 경험적인 문제가 아니라고 선언했습니다. 그는 공간의 기하학이 필연적으로 유클리드적(삼각형의 내각의 합이 180도가 됨)일 뿐만 아니라 이 사실이 "미래 형이상학의 기초"가 되어야 한다고 생각했습니다. 칸트에 따르면, 테스트가 처음에 어떻게 작동하는지 이해할 수 있는 프레임워크를 제공했기 때문에 경험적으로 테스트할 수 없었습니다.
그러나 1919년에 천문학자들은 태양의 중력 영향을 피해 먼 별빛의 경로를 측정했을 때 공간의 기하학이 결국 유클리드가 아니라는 사실을 발견했습니다. 알베르트 아인슈타인이 최근 예측한 것처럼 중력에 의해 뒤틀려 있다는 사실을 발견했습니다.
아니면 그랬나요? 프랑스의 박식가 앙리 푸앵카레는 흥미로운 사고 실험을 제안했습니다. 우주가 유클리드 기하학을 따르는 거대한 원반이라고 상상해 보십시오. 물리적 법칙은 다음과 같습니다. 원반의 중앙이 가장 뜨겁고 가장자리가 가장 차갑습니다. 온도는 중심으로부터의 거리의 제곱에 비례하여 떨어집니다. 더욱이, 이 우주는 온도에 반비례하는 굴절률, 즉 빛이 어떻게 구부러지는지를 측정하는 특징을 가지고 있습니다. 그러한 우주에서 눈금자와 척도는 결코 직선이 아닐 것입니다(단단한 물체는 온도 구배에 따라 팽창하고 수축할 것입니다). 반면 굴절률은 광선이 선이 아닌 곡선으로 이동하는 것처럼 보이게 합니다. 결과적으로 삼각형의 각도를 더하는 등 공간의 기하학적 구조를 측정하려는 시도는 공간이 유클리드가 아니라고 믿게 만들 것입니다.
기하학을 테스트하려면 특정 물리 법칙을 가정해야 하며, 이러한 물리 법칙을 테스트하려면 기하학을 가정해야 합니다. 물론, 디스크 세계의 물리적 법칙은 임시변통처럼 보이지만 유클리드의 공리도 마찬가지입니다. 아인슈타인은 1921년 한 강연에서 “내 생각에는 푸앵카레가 옳다”고 말했다. 그는 “기하학과 물리법칙의 합만이 실험적 검증의 대상”이라고 덧붙였다. 미국의 논리학자인 Willard V. O. Quine이 말했듯이, "실증적 의미의 단위", 즉 실제로 테스트 가능한 것은 "과학 전체"입니다. 가장 간단한 관찰(예를 들어 하늘이 파랗다거나 입자가 있다는 것)은 우리가 우주의 작동에 대해 알고 있는 모든 것에 의문을 제기하게 만듭니다.
하지만 실제로는 그보다 더 나쁩니다. 경험적 의미의 단위는 과학과 철학의 결합이다. 이를 가장 명확하게 본 사상가는 20세기 스위스 수학자 페르디난트 공세스(Ferdinand Gonseth)였습니다. Gonseth에게 과학과 형이상학은 항상 서로 대화하고 있습니다. 형이상학은 과학이 작동하는 기초를 제공하고, 과학은 형이상학이 이러한 기초를 수정하도록 강요하는 증거를 제공하며, 이 둘은 살아 숨쉬는 유기체처럼 함께 적응하고 변화합니다. 그는 아인슈타인을 기리기 위해 참석한 심포지엄에서 “과학과 철학은 하나의 전체를 이룬다”고 말했다.
1890년에 태어난 스위스 수학자 페르디난트 곤세스(Ferdinand Gonseth)는 실험이 항상 근본적인 가정을 뒤집을 수 있기 때문에 과학은 결코 확고한 기초 위에 놓일 수 없다고 주장했습니다.
프란츠 슈멜하우스
둘을 고르디우스의 매듭으로 묶으면 우리는 손을 내밀고 싶은 유혹을 받을 수도 있습니다. 왜냐하면 형이상학적인 진술을 함께 끌고 가지 않고는 과학적 진술을 시험해 볼 수 없기 때문입니다. 그러나 이 이야기에는 이면이 있습니다. 이는 형이상학이 테스트 가능하다는 것을 의미합니다. 양자 지식의 최전선에서 활동하는 카발칸티가 자신을 물리학자나 철학자가 아닌 '실험적 형이상학자'라고 부르는 이유가 바로 여기에 있습니다.
영상통화로 CAVALCANTI를 만났습니다. 검은 머리를 뒤로 묶은 그는 우울한 표정을 짓고 있었고, 그의 조심스럽고 진지한 태도는 그의 무릎 위에서 꿈틀거리고 있는 15주 된 강아지에 의해서만 상쇄되었습니다. 그는 1990년대 후반 브라질의 학부생으로서 실험적 생물물리학에 대해 어떻게 연구했는지 말해주었습니다. 그가 설명했듯이 "매우 젖은 물질", "토끼에서 심장을 꺼내 [초전도] 자력계 아래에 두는 것"과 같은 일이었습니다. 그는 곧 더 건조한 영역("입자 가속기에서 작업, 원자 충돌 연구")으로 옮겼지만, 이 작업은 이미 그의 마음 속에 남아 있는 형이상학적인 질문과는 거리가 멀었습니다. “양자 역학의 기초에 관한 흥미로운 질문은 [닐스] 보어가 아인슈타인과의 논쟁에서 모두 해결했다는 말을 들었습니다.”라고 그는 말했습니다. 그래서 그는 또 다른 단면을 측정하고 또 다른 종이를 휘젓고 다음날 이 모든 작업을 다시 수행했습니다.
카발칸티는 캠퍼스 근처 숲에서 정신을 맑게 합니다.
루크 마스덴
그는 결국 브라질 국가 원자력 위원회에서 일하게 되었고, 그곳에서 물리학자 Roger Penrose와 David Deutsch의 책을 읽었습니다. 두 사람은 양자 역학의 사실을 설명하기 위해 근본적으로 다른 형이상학적인 이야기를 제시했습니다. 도이치(Deutsch)가 제안한 것처럼 우주는 단 하나뿐이라는 철학적 가정을 포기해야 할까요? 또는 펜로즈가 선호한 것처럼, 중력이 작용하게 되면 양자 이론은 대규모로 적용되지 않을 수도 있습니다. Cavalcanti는 “여기에는 기초에 관한 문제를 직접적으로 논의할 뿐만 아니라 서로 깊이 동의하지 않는 뛰어난 물리학자들이 있었습니다.”라고 말했습니다. 그는 펜로즈는 "심지어 물리학을 넘어 전통적으로 형이상학으로 나아가 의식에 대한 질문을 던졌습니다"라고 덧붙였습니다.
영감을 받은 Cavalcanti는 양자 기초 분야에서 박사 학위를 취득하기로 결정하고 호주 퀸즈랜드 대학교에서 자리를 찾았습니다. 그의 논문은 "양자 기반의 충돌 원인을 이해하려면 우리의 고전 모델과 직관이 양자 세계를 설명하는 데 실패하기 시작하는 곳과 방법을 아는 것이 필수적입니다. 이것이 실험 형이상학의 주제입니다."로 시작되었습니다. 한 교수는 논문을 내려놓고 “이것은 물리학이 아니다”라고 선언했다.
그러나 카발칸티는 물리학과 철학 사이의 경계가 이미 회복 불가능할 정도로 흐려졌다고 주장할 준비가 되어 있었습니다. 1960년대 북아일랜드 물리학자 존 스튜어트 벨 역시 철학에 대한 인내심이 없는 물리학 문화를 접했다. 현실의 본질에 대해 논쟁하고 그 과정에서 철학과 깊이 관여했던 아인슈타인과 보어의 시대는 오래 전에 끝났습니다. 전후 실용성이 지배했고 물리학자들은 마치 고르디우스의 매듭이 끊어진 것처럼, 형이상학을 무시하고 여전히 과학을 하는 것이 가능한 것처럼 물리학 사업을 계속하고 싶어했습니다. 그러나 여가 시간에 이단적인 작업을 수행한 벨은 새로운 가능성을 발견했습니다. 단일 가설을 단독으로 테스트할 수 없다는 것은 사실이지만 여러 형이상학적 가정을 취하고 이들이 함께 서 있는지 아니면 무너지는지 확인할 수 있습니다.
1964년 자신의 이름을 딴 정리를 생각해낸 존 스튜어트 벨이 1982년 유럽 입자 물리학 연구소 CERN에서 자신의 정리를 강의하는 모습이 보입니다.
CERN
Bell의 경우 이러한 가정은 일반적으로 지역성(사물이 공간을 넘어 순간적으로 서로 영향을 미칠 수 없다는 믿음)과 현실주의(사물이 측정되는 것과 관계없이 단순히 존재하는 방식이 있음)로 이해됩니다. 1964년에 발표된 그의 정리는 벨의 부등식으로 알려진 것을 증명했습니다. 즉, 국소성과 실재론의 가정 하에서 작동하는 모든 이론의 경우 특정 사건이 얼마나 상호 연관될 수 있는지에 대한 상한선이 있습니다. 그러나 양자 역학은 그 상한선을 돌파하는 상관관계를 예측했습니다.
기록된 대로 벨의 정리는 테스트할 수 없었지만 1969년 물리학자이자 철학자인 Abner Shimony는 이것이 실험실에 적합한 형식으로 다시 작성될 수 있음을 확인했습니다. 존 클라우저(John Clauser), 마이클 혼(Michael Horne), 리처드 홀트(Richard Holt)와 함께 시모니(Shimony)는 벨의 부등식을 CHSH 부등식(저자의 이니셜을 따서 명명)으로 변환했으며, 1972년 캘리포니아 버클리의 한 지하실에서 클라우저와 그의 협력자 스튜어트 프리드먼(Stuart Freedman)은 광자 쌍 사이의 상관 관계를 측정하여 이를 테스트했습니다.
결과는 세계가 양자역학의 예측을 뒷받침하고 벨의 불평등이 허용한 것보다 훨씬 더 강한 상관관계를 보여주었다는 것을 보여주었습니다. 이는 지역성과 사실성이 둘 다 현실의 특징이 될 수 없다는 것을 의미합니다. 하지만 우리는 둘 중 어느 것을 버려야 하는지 실험에서는 말할 수 없었습니다. "내 생각에 벨 유형의 정리에서 가장 흥미로운 점은 그것이 '실험적 형이상학'이라고 적절하게 불릴 수 있는 기업에 드문 기회를 제공한다는 것입니다." Shimony는 1980년에 이 용어를 만들었다고 널리 알려진 성명에서 썼습니다.
그러나 공교롭게도 이 용어는 더 나아가 가장 있을 법하지 않은 인물로 거슬러 올라갑니다. 아인슈타인의 가장 친한 친구이자 공명 위원회인 미셸 베소(Michele Besso)는 아인슈타인이 상대성 이론을 생각해 내는 데 도움을 준 유일한 사람이었습니다. 그러나 Besso는 물리학보다는 철학에 더 많은 도움을 주었습니다. 아인슈타인은 항상 우리의 관찰과는 별개로 배후에 있는 현실을 믿는 현실주의자였지만, 베소는 그에게 이론은 측정 가능한 양만을 언급해야 한다고 주장하는 에른스트 마하(Ernst Mach)의 철학적 저술을 소개했습니다. 마흐는 베소를 통해 아인슈타인에게 절대 공간, 시간, 운동에 대한 형이상학적인 개념을 포기하도록 격려했습니다. 그 결과가 특수 상대성 이론이었다.
1905년에 출판되었을 때 물리학자들은 그 이론이 물리학인지 철학인지 확신하지 못했습니다. 모든 방정식은 이미 다른 사람들에 의해 기록되었습니다. 새로운 것은 그 뒤에 있는 형이상학뿐이었습니다. 그러나 그 형이상학은 새로운 과학을 이끌어 내기에 충분했습니다. 특수 상대성 이론이 일반 상대성 이론, 즉 새롭고 검증 가능한 예측으로 완성된 새로운 중력 이론으로 바뀌었기 때문입니다. Besso는 나중에 Gonseth와 친구가되었습니다. 스위스에서 두 사람은 함께 긴 산책을 했고, 그곳에서 Gonseth는 물리학은 결코 확고한 기초 위에 놓일 수 없다고 주장했습니다. 왜냐하면 실험은 물리학이 세워진 가장 근본적인 가정을 항상 뒤집을 수 있기 때문입니다. Gonseth가 Dialectica 저널 1948년호에 게재한 편지에서 , Besso는 Gonseth가 자신의 작업을 "실험적 형이상학"이라고 지칭할 것을 제안했습니다.
알베르트 아인슈타인이 1930년 스위스 취리히에서 절친한 친구 미켈레 베소, 아내 안나 베소와 함께 찍은 사진입니다.
레오 백 연구소
실험적 형이상학은 1970년대 스위스 비엔에 페르디난드 곤세스 협회(Ferdinand Gonseth Association)가 설립되면서 공식 본부 같은 지위를 얻었습니다. “과학과 철학은 한 몸을 이루며, 과학에서 일어나는 모든 일은 방법이나 결과에 관계없이 철학의 가장 근본적인 원리에서도 영향을 미칠 수 있습니다.”라고 창립 가치에 명시되어 있습니다. 이것은 과학과 철학 모두에게 똑같이 충격을 주는 급진적인 진술이었습니다. 협회는 인식론적 편지라는 제목의 지하 뉴스레터를 발행했습니다. , 새로운 반문화를 구성하는 100여 명의 물리학자와 철학자, 즉 실험적 형이상학에 대해 논의하기를 원하는 대담한 소수의 물리학자와 철학자에게 우편으로 발송된 손으로 그린 방정식으로 얼룩진 등사 페이지가 인쇄된 일종의 물리학 "진"입니다. Shimony가 편집자로 활동했습니다.
벨의 정리는 항상 그러한 논의의 중심에 있었습니다. 왜냐하면 물리학의 이전 연구에서 형이상학이 인정되지 않은 곳에서 벨의 작업에서는 이 둘이 진정으로 명시적으로 분리될 수 없었기 때문입니다. 정리는 물리학의 특정 이론에 관한 것이 아닙니다. 그것은 물리학자들이 "불가(no-go)" 정리라고 부르는 것이었습니다. 이는 지역성과 실재론이라는 형이상학적 가정 하에서 작동하는 어떤 이론도 우리가 살고 있는 세계를 설명할 수 없다는 것을 보여주는 일반적인 증거입니다. 측정되지 않을 때에도 특정한 방식으로만 존재하는 세계를 원하십니까? 그리고 지역성을 원하시나요? 가지 마세요. 또는 Shimony가 인식론적 편지에서 말했듯이 , Bell의 이름을 딴 연극에서, 그러한 세계관을 갖고 싶은 사람들은 "Donne의 설교를 기억해야 합니다. '그러므로 종은 누구를 위해 울리는지 알려주지 마십시오. 종은 당신을 위해 울리는 것입니다.'"
캐나다 웨스턴 대학교의 물리학 철학자인 웨인 미볼드는 “벨은 물리학 철학자이자 물리학자였습니다.”라고 말했습니다. "그리고 그의 최고의 논문 중 일부에서는 기본적으로 두 가지를 결합하고 있습니다." 이는 전통적인 물리학 저널의 편집자들과 다른 과학 문지기들을 동요시켰습니다. Cavalcanti는 "이런 종류의 작업은 확실히 존경받을 만한 것으로 간주되지 않았습니다"라고 말했습니다.
물리학자 존 클라우저(John Clauser)는 1970년대에 벨의 정리를 테스트하기 위해 스튜어트 프리드먼(Stuart Freedman)과 함께 수행한 실험에 참석하고 있습니다.
로렌스 버클리 국립 연구소 제공
그렇기 때문에 프랑스 물리학자 Alain Aspect가 Bell에게 가서 광자의 편광을 감지하는 데 사용되는 측정 장치 사이에 전파되는 잔류 영향을 배제하면서 Bell의 부등식을 테스트할 수 있는 새로운 실험을 제안했을 때 Bell은 그에게 영구 교수직이 있는지 물었습니다. Myrvold는 "그 실험을 하는 것이 젊은 물리학자의 경력을 망치는 일이 될 것이라는 걱정이 있었습니다."라고 말했습니다.
2022년으로 빨리 감으면 Aspect가 Clauser 및 Anton Zeilinger와 함께 노벨상을 받기 위해 스톡홀름으로 향했습니다. 이러한 벨의 불평등을 위반하는 상관 관계는 양자 암호화, 양자 컴퓨팅 및 양자 순간 이동을 포함한 혁신적인 기술로 이어졌습니다. 그러나 "기술적 보상에도 불구하고" Myrvold는 "작업은 철학적 질문에 의해 동기가 부여되었습니다"라고 말했습니다. 노벨상 표창장에 따르면 세 명의 물리학자는 '양자정보과학의 선구자'로 수상했다. Cavalcanti에 따르면 그들은 실험적 형이상학 부문에서 우승했습니다.
벨의 정리는 시작에 불과했습니다.
벨형 부등식을 위반하는 실험의 여파로 현실에 대한 몇 가지 견해가 테이블 위에 남아 있었습니다. 현실주의를 유지하고 지역성을 포기하고 우주의 한 구석에서 일어나는 일이 다른 곳에서 일어나는 일에 즉각적으로 영향을 미치므로 상대성이 수정되어야 한다는 점을 받아들일 수 있습니다. 아니면 지역성을 유지하고 현실주의를 포기하고 우주의 사물은 측정되기 전에는 명확한 특징을 갖지 않는다는 점, 즉 자연은 어떤 심오한 의미에서 상황을 즉석에서 만들어낸다는 사실을 받아들일 수도 있습니다.
그러나 측정 전 현실을 포기하더라도 측정 후 현실에 계속 매달릴 수 있습니다. 즉, 모든 측정 결과를 하나의 공유 현실로 통합하는 것을 상상할 수 있습니다. 이것이 일반적으로 우리가 말하는 "현실"의 의미입니다. 이것이 바로 객관적인 세계라는 개념입니다.
1961년에 제기된 사고 실험은 그러한 가능성에 의문을 제기했습니다. 노벨상 수상 물리학자인 유진 위그너(Eugene Wigner)는 자신을 "위그너의 친구"라고 부르는 관찰자가 양자 시스템이 있는 실험실에 들어가는 시나리오를 제안했습니다. 예를 들어 "스핀업"과 "스핀다운"이라는 두 가지 상태의 양자 조합 또는 중첩의 전자입니다. 친구는 전자의 스핀을 측정하고 그것이 올라왔음을 발견합니다. 그러나 밖에 서 있는 Wigner는 양자 역학을 사용하여 그의 관점에서 볼 때 측정이 이루어지지 않은 실험실의 전체 상태를 설명할 수 있습니다. 친구의 상태와 전자의 상태는 단순히 상관관계, 즉 얽혀 있을 뿐인 반면, 전자는 상태의 중첩 상태로 남아 있습니다. 원칙적으로 Wigner는 중첩의 물리적 효과를 보여주는 측정도 수행할 수 있습니다. 친구의 관점에서 볼 때 전자는 측정 후 상태를 어느 정도 갖고 있지만 위그너의 현실은 그렇지 않은 것 같습니다.
2018년에는 공유된 현실에 대한 끊임없는 의심이 본격적인 딜레마가 되었습니다. 비엔나 대학교의 물리학자인 카슬라브 브루크너(Caslav Brukner)는 위그너의 친구를 벨 유형의 실험과 결합하여 새로운 무고정리(no-go theorem)를 증명할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 아이디어는 두 명의 친구와 두 명의 Wigner를 갖는 것이 었습니다. 친구들은 각각 얽힌 시스템의 절반을 측정한 다음 각 Wigner는 친구의 연구실에서 두 가지 가능한 측정 중 하나를 수행합니다. Wigners의 측정 결과는 원래 벨 유형 실험의 광자의 편극과 마찬가지로 이러한 상관 관계의 강도에 상한을 부과하는 특정 형이상학적 가정과 상관 관계가 있습니다.
그리피스 대학의 동료인 Eric Cavalcanti와 Nora Tischler는 실험 형이상학의 불평등을 테스트하기 위해 광학 장치와 레이저를 사용하는 실험을 계획하고 있습니다.
Quanta Magazine의 Luke Marsden
밝혀진 바와 같이, 브루크너의 증명은 결과 정리의 강도를 약화시키는 추가 가정에 의존했지만, 이는 Cavalcanti와 동료들이 자신만의 버전을 만들도록 영감을 주었습니다. 2020년 Nature Physics 저널에 게재 , 그들은 "위그너의 친구 역설에 관한 강력한 No-Go 정리"를 출판했는데, 이는 두 가지를 증명했습니다. 첫째, 이전에 지하 잡지로 분류되었던 실험적 형이상학이 이제 권위 있는 과학 저널에 게재될 가치가 있다는 점, 둘째, 현실은 벨의 정리가 제안한 것보다 훨씬 더 이상하다는 것입니다.
그들의 no-go 정리는 양자 역학의 예측이 정확하다면 다음 세 가지 가정이 모두 참일 수 없음을 보여주었습니다. 위치성(원거리에서 으스스한 행동이 없음), 선택의 자유(그 결과가 벨의 불평등을 위반하는 것처럼 보이도록 탐지기를 설정하도록 속이는 우주 음모 없음), 관찰된 사건의 절대성(위그너의 친구에게 스핀업을 갖는 전자는 모든 사람에게 스핀업을 갖는 전자임). 지역적 상호 작용과 음모 없는 우주를 원한다면 한 관찰자의 측정 결과가 모두의 측정 결과라는 개념을 포기해야 합니다.
의미심장하게도 그들의 노고 정리는 "벨의 정리보다 가능한 형이상학 이론의 공간을 더 엄격하게 제한"한다고 Cavalcanti는 말했습니다.
Brukner는 “이것은 중요한 개선입니다.”라고 말했습니다. "이것은 가장 정확하고 가장 강력한 no-go 정리입니다." 즉, 그것은 지금까지의 실험적 형이상학 중 가장 강력한 작품입니다. "이러한 no-go 정리의 강점은 정확히 어떤 특정 이론이 아니라 세계관을 테스트한다는 것입니다. 이를 테스트하고 특정 불평등의 위반을 보여줌으로써 우리는 하나의 이론이 아니라 전체 이론 클래스를 거부합니다. 이는 매우 강력한 것입니다. 이를 통해 무엇이 가능한지 이해할 수 있습니다."
Quanta Magazine의 Luke Marsden
Brukner는 실험적 형이상학의 의미가 아직 물리학의 나머지 부분에 완전히 통합되지 않았다는 점을 한탄합니다. 특히 그의 견해로는 중력의 양자 특성에 대한 연구에 해를 끼칩니다. 그는 "진공이 어떻게 보이는지, 블랙홀에서 무슨 일이 일어나는지 등 관찰 방식에 대한 언급 없이 잘못된 그림을 얻게 되므로 정말 안타까운 일"이라고 말했다. "측정 이론에 대한 많은 연구가 이루어지기 전까지는 이 분야에서 상당한 진전을 이루지 못할 것이라고 생각합니다."
실험적 형이상학이 우리를 올바른 양자 중력 이론으로 이끌 수 있는지 여부는 불분명하지만 적어도 경쟁의 장을 좁힐 수는 있습니다. Cavalcanti는 2021년 논문에서 "이야기가 있습니다. 출처가 밝혀지지 않은 것인지는 모르겠지만 좋은 이야기입니다."라고 Cavalcanti는 2021년 논문에 썼습니다. "미켈란젤로는 다비드를 어떻게 조각했는지 물었을 때 '다비드가 아닌 것은 무엇이든 제거했습니다.'라고 말했습니다. 저는 형이상학적인 풍경을 대리석의 원시 블록으로 생각하고 싶습니다. 블록의 다른 지점은 서로 다른 물리적 이론에 해당하며 실험적 형이상학에 대한 것입니다. 우리 경험의 세계를 설명하지 않는 모서리를 제거하는 끌처럼 블록을 하나의 진정한 '만물 이론'에 해당하는 단일 지점으로 줄일 수 없다는 것이 밝혀질 수도 있습니다. 그러나 우리는 실험을 통해 가능한 모든 부분을 조각낸 후에 남은 것이 아름다운 전체를 형성하기를 바랄 수 있습니다.”
Cavalcanti와 이야기를 나누면서 나는 그가 어떤 형이상학적 가정을 고수하기를 바랐고 어떤 가정을 던질 준비가 되었는지를 파악함으로써 그가 구독하는 양자역학의 어떤 해석을 읽어보려고 했습니다. 그는 현실성을 위해 지역성을 교환하는 양자 역학에 대한 보미안 해석에 동의했습니까? 그는 관찰된 사건의 절대성을 필요로 하지 않는 "큐비스트"였습니까? 그는 현재 우주의 모든 상관 측정을 태초에 세워진 마스터 플랜에 귀속시키는 초결정론자들의 우주 음모를 믿었습니까? 다중 세계 가설에서처럼 평행 현실을 생성하는 측정은 어떻습니까? Cavalcanti는 진정한 철학자의 포커 페이스를 유지했습니다. 그는 말하지 않을 것입니다. (그 사이 강아지는 카펫을 향해 총력전을 벌이고 있었습니다.) 그런데 한 가지 힌트를 얻었습니다. 결국 그가 어떤 해석을 선택하든 그는 그것이 마음의 신비, 즉 의식이 무엇인지, 의식적인 관찰자로 간주되는 것이 무엇인지를 다루고 싶어합니다. “저는 아직도 그것이 가장 깊은 미스터리라고 생각합니다.”라고 그는 말했습니다. “제 생각에는 어떤 해석도 실제로 올바른 이야기에 도달하지 못한다고 생각합니다.”
2020년 자연 물리학 논문에서 Cavalcanti와 동료들은 Bell-cum-Wigner의 친구 실험의 "원리 증명 버전"이라고 부르는 결과를 보고했는데, 이는 지역성, 선택의 자유 및 관찰된 사건의 절대성에 대한 공동 가정에서 파생된 불평등에 대한 명백한 위반을 보여주었습니다. 하지만 실험은 본질적으로 수행하기 까다롭습니다. 왜냐하면 무언가(또는 누군가)가 관찰자 역할을 해야 하기 때문입니다. 원리 증명 버전에서 Wigner의 "친구"는 광자 경로로 재생되는 반면, 광자 탐지기는 Wigner의 역할을 수행합니다. 광자 경로처럼 단순한 것이 관찰자로 간주되는지 여부는 말하기 매우 어렵습니다.
Cavalcanti는 “어떤 물리적 시스템이라도 관찰자로 간주할 수 있다고 생각한다면 실험은 이미 완료된 것입니다.”라고 말했습니다. "하지만 대부분의 물리학자들은 그렇지 않다고 생각할 것입니다. 그러면 다음 단계는 무엇입니까? 우리는 얼마나 멀리 갈 수 있습니까?" 분자는 관찰자인가? 아메바? 위그너는 무화과와 친구가 될 수 있을까요? 아니면 무화과나무?
Quanta Magazine의 Luke Marsden
친구가 인간이어야 한다면 중첩으로 측정하는 것이 얼마나 어려울지는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 이것이 바로 실험의 Wigners가 수행해야 하는 작업입니다. 단일 원자를 중첩 상태로 유지하는 것은 충분히 어렵습니다. 원자의 중첩 상태를 유지한다는 것은 공기와의 상호 작용을 포함하여 거의 모든 상호 작용으로부터 원자를 격리한다는 것을 의미합니다. 즉, 절대 영도보다 매우 높은 곳에 원자를 저장한다는 의미입니다. 평균적인 성인 인간은 공기가 필요한 것 외에도 약 30조 개의 세포로 이루어져 있으며, 각 세포에는 약 100조 개의 원자가 들어 있습니다. Wigner가 측정을 수행하는 데 필요한 기술, 정밀한 운동 능력 및 의심스러운 윤리는 모든 물리학자 또는 기관 검토 위원회의 상상력을 확장할 것입니다. Myrvold는 “이 [제안된] 실험이 폭력적인 행위라는 것이 항상 강조되는 것은 아닙니다.”라고 말했습니다. “기본적으로 사람을 파괴한 다음 부활시키는 일이 포함됩니다.” 보조금을 잘 받으시길 바랍니다.
예를 들어 브루크너는 측정이 어려울 뿐만 아니라 불가능한지 궁금해합니다. “우리가 이 모든 것을 종이에 기록한다면 Wigner가 이 측정을 수행하는 데 필요한 자원이 우주에서 사용할 수 있는 것보다 훨씬 더 많다는 것을 알게 될 것입니다.”라고 그는 말했습니다. "어쩌면 좀 더 근본적인 이론에서는 이러한 한계가 이론의 일부가 될 것이며, 이 질문에는 아무런 의미가 없다는 것이 밝혀질 것입니다." 그것은 실험적 형이상학에 있어 상당한 반전이 될 것입니다. 아마도 현실의 본질에 대한 가장 깊은 통찰력은 테스트할 수 없는 것이 무엇인지 깨닫게 될 때 나올 것입니다.
그러나 Cavalcanti는 희망을 품고 있습니다. 우리는 결코 인간을 대상으로 실험을 실행할 수 없을 수도 있지만 인공 지능 알고리즘은 왜 안 될까요? 물리학자 하워드 와이즈먼(Howard Wiseman), 수학자 엘레노어 리펠(Eleanor Rieffel)과 함께 그의 최신 연구에서 그는 친구가 대형 양자 컴퓨터에서 실행되는 AI 알고리즘이 시뮬레이션 실험실에서 시뮬레이션 실험을 수행할 수 있다고 주장합니다. Cavalcanti는 "언젠가는 인지 능력에 관한 한 인간과 본질적으로 구별할 수 없는 인공 지능을 갖게 될 것"이며 그의 불평등을 완전히 테스트할 수 있을 것이라고 주장합니다.
그러나 그것은 논란의 여지가 없는 가정이 아니다. 일부 정신 철학자들은 강력한 AI의 가능성을 믿지만 확실히 전부는 아닙니다. 예를 들어, 체화된 인지(embodied cognition)라고 알려진 사상가들은 분리된 마음이라는 개념에 반대하는 반면, 인지에 대한 적극적 접근 방식은 살아있는 생명체에게만 마음을 부여합니다.
이 모든 것이 물리학을 어색한 위치에 놓이게 합니다. 우리는 자연이 카발칸티의 불평등을 위반하는지 여부, 즉 객관성 자체가 형이상학적인 도마 위에 있는지 여부를 알 수 없습니다. 관찰자로 간주되는 것이 무엇인지 정의하고 이를 파악하는 데 물리학, 인지과학 및 철학이 포함되기 전까지는 알 수 없습니다. 실험적 형이상학의 급진적 공간은 세 가지 모두를 얽히도록 확장됩니다. Gonseth를 바꿔 말하면 아마도 그들은 하나의 전체를 형성할 것입니다.
