This thought experiment will help you understand quantum mechanics - Matteo Fadel

번역: 검토: DK Kim

After a long day working on the local particle accelerator,

입자 가속기에서 오랫동안 일을 한 후에

you and your friends head to the arcade to unwind.

여러분과 친구들은 긴장을 풀러 게임 센터에 갑니다.

The lights go out for a second, and when they come back,

불이 잠깐 동안 나갔다가 다시 들어왔을 때

there before you gleams a foosball table nobody remembers seeing before.

아무도 본 적 없던 테이블 축구판이 여러분 앞에 놓여 있습니다.

Always game, you insert your coins.

게임은 항상 재미있으니 여러분은 동전을 넣습니다.

And with a fanfare, Quantum Foosball begins.

팡파르가 울리면서 양자 테이블 축구가 시작됩니다.

Here are the rules: as with normal foosball,

규칙은 이렇습니다.

일반적인 테이블 축구와 같이 목표는 점수를 얻는 겁니다.

the object is to score points

by spinning levers with tiny players to sink the ball in your opponent’s goal.

작은 선수들이 달린 막대를 돌려 상대편의 골대로 공을 넣는 거죠.

Only instead of a standard ball, you’ll be playing with a giant electron.

단지 평범한 공 대신에 커다란 전자로 경기를 합니다.

It behaves like a normal electron in all respects, it’s just much larger.

모든 면에서 평범한 전자와 똑같은데 다만 훨씬 클 뿐입니다.

Though the rules are simple, gameplay is anything but.

규칙은 간단하지만 경기는 결코 그렇지 않습니다.

익숙한 뉴턴 물리 법칙 대신에

Instead of the familiar laws of Newtonian physics,

the movement of the ball is governed by quantum mechanics.

전자 공의 움직임은 양자 역학에 의해 좌우됩니다.

To minimize the influence from photons and air molecules,

광자와 공기 분자의 영향을 최소화하기 위해서

you’ll be playing in a vacuum. In the dark.

진공 상태와 어둠 속에서 게임을 하게 될 겁니다.

But that’s ok, because you can watch for the flashes of light

하지만 괜찮습니다.

선수 모형과 공 사이의 충돌로 인해 방출되는 빛을 볼 수 있기 때문이죠.

given off by collisions between figures and the ball.

The goals themselves will flash when the electron

전자가 골대의 입자 탐지기를 건드리면 스스로 번쩍입니다.

hits their particle detectors.

Now you just have to figure out how to get the electron to go where you want.

이제 전자를 원하는 곳으로 보내는 방법을 알아내야 합니다.

As soon as it enters play, the electron will never rest.

일단 게임을 시작하면 전자는 절대 멈추지 않습니다.

This is a direct consequence of the Heisenberg Uncertainty Principle,

하이젠베르크 불확정성 원리의 직접적인 결과입니다.

which says that the better you know where a quantum particle is,

즉, 양자 입자가 어디에 있는지 더 잘 알수록

the less you know about its velocity, and vice versa.

입자의 속도는 더 모른다는 뜻이고, 반대의 경우도 마찬가지입니다.

Since you know it’s on the field, its velocity is largely uncertain.

전자 공이 어디에 있는지 아니까 입자의 속도는 매우 불확실합니다.

The electron will behave more like a wave than a particle,

전자는 입자보다는 파동처럼 움직이는데

with its position described by probability distributions that you’ll have to imagine.

위치가 확률 분포에 따라 표시되어서 상상해야만 합니다.

These distributions are spread throughout the entire field,

이 분포는 경기판 전체에 퍼져 있고

making it possible to observe a goal at any time and in either side.

언제든지 어느 편에서나 골을 관찰할 수 있게 해줍니다.

The way to win is to control and concentrate the distribution

이기는 방법은 반대편 골대에 분포를 조절하고 집중시켜서

over the opposite goal,

giving yourself the highest likelihood of scoring points.

여러분이 득점할 수 있는 가능성을 최대로 만드는 것입니다.

Your skill as a player will be determined by your ability to predict

선수로서의 기량은

전자가 가장 있을 법한 곳이 어디인지 예측하는 능력과

where the electron is most likely to be,

then manipulate the probability distribution by spinning the rods

그 다음으로는 적절한 양의 힘으로 막대를 돌려 확률 분포를 조정하는

with just the right amount of strength.

능력에 의해 결정됩니다.

Quantum particles only receive energy in precise amounts, called quanta.

양자 입자들은 퀀타라고 부르는 정확한 양의 에너지만 받습니다.

So spin too hard or too soft,

너무 세게 혹은 너무 약하게 돌리면

and the electron will stay on its previous course.

전자는 이전 경로 그대로 움직입니다.

The game board has been carefully constructed to contain the electron,

게임판은 전자를 담고 있도록 세심하게 만들어졌지만

but even so, sometimes it’ll quantum tunnel through the walls

그래도 가끔은 뚜렷한 이유 없이 양자 터널로 벽을 통과할 수 있습니다.

without any apparent reason.

At that point it could be anywhere in the universe,

벽을 통과해 사라지면 전자는 우주 어디에라도 있을 수 있으므로

so to save you the trouble of tracking it down,

전자를 찾는 수고를 덜기 위해

the game will spit out a new ball.

게임에서는 새로운 공이 나옵니다.

The fact that quantum particles behave like waves

양자 입자가 파동처럼 움직인다는 사실은

becomes particularly evident in the presence of obstacles.

장애물이 있으면 더 명백해집니다.

As the particle travels through the rows of miniature figures,

입자가 모형이 늘어선 줄들을 통과해 움직일 때

complicated interference patterns will develop in the probability distribution,

복잡한 간섭 양식이 확률 분포상 나타나게 되면서

making it even more difficult to accurately predict its position.

전자의 위치를 정확하게 예측하는 것을 더욱 더 어렵게 만듭니다.

And here’s where your advanced physics degree can finally come in handy:

여러분의 고급 물리학 학위가 드디어 쓸모가 생겼습니다.

you can use the laws of quantum mechanics to your advantage.

바로 여러분이 유리하도록 양자 역학 법칙을 사용하는 겁니다.

The only moments when the electron will behave as a particle,

전자가 파동이 아니라 입자처럼 움직이는 유일한 순간은

rather than a wave, are when it hits something.

무언가에 부딪힐 때입니다.

With frequent enough kicks,

자주 충분히 부딪히게 되면

the particle would have no time to evolve like a wave and, therefore,

입자는 파동처럼 변화할 시간이 없어서

공간에 퍼지지 않게 됩니다.

not spread out in space.

So if you can pass it very quickly between two of your miniatures,

따라서 모형 두 개 사이로 매우 빠르게 전자를 통과시키면

you can keep it localized.

계속 위치를 알아낼 수 있습니다.

Masters of the game call this the Quantum Zeno Maneuver.

이 경기의 고수들은 이것을 양자 제논 작전이라 부릅니다.

Now, if you really want to dominate your opponents,

상대방을 압도적으로 이기고 싶다면

there’s one more thing you can try, but it’s pretty tricky.

할 수 있는 것이 하나 더 있지만, 꽤 까다롭습니다.

One of the distinctive features of the quantum world

양자 세계의 독특한 성질 중 하나는

is the possibility of state superpositions,

바로 상태 중첩 가능성입니다.

where particles’ positions or velocities

즉, 입자들의 위치나 속도가

can be simultaneously in two or more different states.

동시에 둘 혹은 그 이상의 다른 상태에 처할 수 있다는 겁니다.

If you can put the electron into a superposition

만약 전자를 중첩 상태에 둔다면

of being simultaneously kicked and not kicked,

즉 부딪히면서 동시에 부딪히지 않는 상태에 처하게 한다면

it’ll be almost impossible for your opponents to figure out

상대방이 어디로 어떻게 쳐내야 하는지 알아내는 것이 거의 불가능해집니다.

where and how to strike.

에르빈 슈뢰딩거는

It’s said that Erwin Schrödinger,

역대 가장 뛰어난 양자 테이블 축구 챔피언이었는데

the greatest Quantum Foosball champion of all time,

is the only player to have mastered this technique.

이 기술을 숙달한 유일한 선수라고 합니다.

But maybe you can be the second:

어쩌면 여러분이 두 번째 선수가 될 수 있을지도 모릅니다.

Just figure out a way to simultaneously turn and not turn your rods.

막대를 돌리면서 동시에 돌리지 않는 방법만 찾아보세요.