다세계 해석

다세계 해석(영어: Many-Worlds Interpretation, MWI)은 양자역학에서 파동 함수의 붕괴 없이 우주의 모든 가능한 결과가 각각의 현실로 분기되어 실현된다고 설명하는 해석이다. 1957년 휴 에버렛(Hugh Everett)에 의해 처음 제안되었으며, 이후 브라이스 디윗(Bryce DeWitt)에 의해 'many-worlds'라는 이름으로 대중화되었다.

개요

• 다세계 해석은 파동 함수의 붕괴라는 개념을 인정하지 않으며, 양자 상태는 측정 이후에도 계속해서 유니터리하게 진화한다고 본다.
• 측정 결과로 관찰되는 사건은 전체 양자계의 여러 가지(branch) 중 하나에 해당하며, 나머지 가능한 결과들도 서로 다른 세계에서 실현된다.
• 각 세계는 서로 양자 탈동조화(quantum decoherence)에 의해 분리되어 더 이상 간섭하지 않는다.

역사

• 휴 에버렛은 1957년 프린스턴 대학교 박사 논문에서 '상대 상태 해석(relative state formulation)'이라는 이름으로 이 해석을 제안하였다.
• 1970년대에 브라이스 디윗이 이를 정리하고 '다세계 해석'이라는 이름으로 널리 알리면서 본격적으로 주목을 받았다.
• 초기에는 비현실적인 해석이라는 비판을 받았지만, 현재는 양자역학 해석 중 하나의 유력한 후보로 간주되고 있다.

주요 개념

• 보편 파동 함수: 우주 전체를 하나의 양자 상태로 간주하며, 이 파동 함수는 슈뢰딩거 방정식에 따라 유니터리하게 진화한다.
• 탈동조화(decoherence): 고전적인 관찰 결과를 설명하기 위해, 양자계가 환경과 상호작용하며 각 결과가 서로 간섭할 수 없도록 분리되는 과정이다.
• 세계의 분기 : 측정 등의 양자적 사건이 일어날 때마다 우주는 여러 가능성으로 분기되며, 각 분기는 독립된 세계로 존재한다.
• 관측자와 세계 : 관측자 역시 양자계의 일부로 간주되며, 서로 다른 결과를 인식하는 관측자 역시 분기된 세계에 속한다.

예시

• 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험에서는, 고양이가 살아있는 상태와 죽은 상태가 모두 존재하며, 관측이 일어나면 이 둘은 서로 다른 세계로 분기된다.
• 이중 슬릿 실험에서는 입자가 두 경로를 동시에 지나가는 중첩 상태가 유지되며, 관측 시 경로별로 세계가 나뉘어 결과가 실현된다.
• 양자 컴퓨터의 해석에서, 다세계 해석은 계산이 여러 세계에서 병렬적으로 이루어진다고 이해될 수 있으며, 데이비드 도이치는 이를 양자 컴퓨터의 작동 원리로 설명하였다.

장점

• 파동 함수의 붕괴라는 추가 가정을 피함으로써 양자역학의 기본 원리를 유지한다.
• 측정 문제를 명시적으로 해결하며, 관측자에 대한 모호한 정의 없이 해석이 가능하다.
• 결정론적이며 로컬한 방식으로 양자현상을 설명할 수 있다.

비판

• 검증 불가능성 : 다른 세계는 관측할 수 없으므로 실증적 과학의 기준에 부합하지 않는다는 비판이 있다.
• 확률 해석 문제 : 실제로 어떤 결과가 발생할 확률을 설명하는 데 Born 규칙을 도출하는 과정이 명확하지 않다는 지적이 존재한다.
• 존재론적 부담 : 실현되지 않은 모든 가능성을 실제로 존재하는 세계로 간주하는 것은 과도한 가정이라는 반론도 있다.

참고 문헌

• Everett, H. (1957). “Relative State Formulation of Quantum Mechanics.” Princeton University PhD Thesis.
• DeWitt, B. S. & Graham, N. (eds.) (1973). *The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics*. Academic Press.
• Carroll, S. (2019). *Something Deeply Hidden: Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime*. Penguin Books.
• Wallace, D. (2012). *The Emergent Multiverse: Quantum Theory according to the Everett Interpretation*. Oxford University Press.