관찰자 효과

빛 알갱이는 보존 입자이다. 보존은 spin 이 정수로 주어지는데, 보통은 spin 이 1인 입자들이다. 보존 중 질량이 0인 것은 글루온과 빛 알갱이, 광자이다. 글루온은 강력을 매개하며, 광자는 전자기력을 매개한다. 약력을 매개하는 입자들은 무겁다.

전자기력은 +와 - , 2개의 극성을 가지는 electric charge에 의해서 photon field를 만들며, 강력은 r/g/b 3개의 극성을 가지는 color charge에 의해서 gluon field를 만든다. 광자는 전하가 없기에 광자들 사이에 서로 상호 작용이 없지만, gluon은 2개의 color를 가지기에 그들 사이에 상호 작용하여 베타함수값을 음수로 만들고, 결과적으로 거리가 멀어질수록 점점 강력이 강해지기에 인간들이 쿼크를 절대 볼 수 없게 만든다.

모든 광자는 동일하지만, 글루온은 8형제를 가지며 수학적으로 광자는 U(1) 대수를, 글루온은 SU(3)대수를 따르게 만든다.

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하나의 광자는 다른 광자와는 상호작용하지 않는다. 따라서, 광자들은 무게도 공간도 차지하지 않으며 "존재란 무엇인가"라는 화두를 던지는 존재이다. 광자는 서로 간섭을 하지 않지만, 하나의 광자는 자기 자신과 간섭을 하여, 간섭 패턴을 만든다. 그러한 간섭 현상 때문에 한 때, 광자는 파동적 존재로 여겨진다. 뉴턴은 빛을 알갱이로 봤지만, 영의 간섭 실험으로 광자는 파동으로 여겨지며, 맥스웰은 그 파동의 움직임을 단 4개의 수식으로 깔끔히 정리한다.

그러나, 빛에는 숨겨진 비밀이 있었는데, 그 비밀이 플랑크의 흑체 복사 현상 설명, 아인슈타인의 광전 현상에 의해서 폭로가 된다. 빛은 입자이고 그 입자의 에너지는 주파수에 비례한 것이었다. 주파수를 가진 입자라.. 사실 이 말도 곱씹어 보면 아주 이상한 말이다. 그러면 광자는 스스로 떨고 있다는 말인가 ^^ 디락은 "each photon interferes only with itself, interference between two photons does not occur" 이라고 이를 표현한다.

하나의 광자는 옆의 광자와는 전혀 상호 작용을 하지 않지만, 전하를 띤 입자와 상호 작용을 한다. 그러면서 입자의 운동에너지를 높이기도 하고, 입자로 부터 운동 에너지를 가져오기도 한다. 그리고, 신비스럽게도 광자는 자기 자신과 상호 작용하여, 간섭 패턴을 만든다. 한 때, 영의 간섭 패턴은 다수의 광자들이 파동적 성질을 나타내면서 만드는 효과라고 생각했었지만, 단일 광자, 즉 빛 알갱이를 한개, 한개 이중 슬릿으로 던져도 간섭 효과가 나타남을 발견한다.

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하나의 입자가, 유령처럼 두개로 갈라져서 간섭 패턴을 만든다는 것은, 사실 인간들의 직관으로는 이해가 안되는 현묘한 현상이다. 더 기묘한 것은, 우리가 진짜로 그 두 구멍으로 지나갔는지 각 구멍에서 관찰하면, 그러한 간섭 패턴은 어느 순간 사라진다는 것이다. 어떻게 광자는 관찰자의 마음을 알아챈 것인가... 이것은 우리가 살고 있는 이 세상이 본질적으로 어떻게 구성되어 있는가... "나는 무엇인가"라는 질문으로 연결된다.