슈뢰딩거의 고양이 Schrodinger's Cat [양자역학 중첩 현상]

양자역학은 이 세상 그 누구도 완벽하게 이해하지 못한다고 알려진 학문이에요.

 

양자역학은 어렵기로 악명 높은 물리학 중에서도 가장 어려운 학문으로 꼽히죠.

 

양자역학이 어려운 이유는 정말 많은데, 그중에서도 가장 유명한 중첩 superposition이라는 기이한 현상 때문에 인간의 뇌로 이해하지 못하는 부분이 아주 많아요.

 

또한, 전자같이 원자보다도 더 작은 소립자의 범위에서 연구가 이루어지기에, 보이지도 않을뿐더러 논리와 유추(deduction)로 만 서술해야 하는 학문이죠.

 

하지만 그럼에도 양자역학은 미래로 가는 열쇠로 알려져 있어요.

 

간단히 말해서 양자역학이 더 잘 풀리게 된다면, 여러분이 생각하는 모든 것이 세계에 구현될 거예요.

 

그러니 얼마나 어려운지 감이 안 오시죠?

 

오스트리아 물리학자 에르윈 슈뢰딩거 Erwin Schrodinger 또한 양자역학의 중첩 현상을 설명하려 애썼어요.

 

그중 그가 진행한 사고 실험이 그 유명한 "슈뢰딩거의 고양이"입니다.

 

오늘은 이 사고실험에 대해 얘기해볼게요.

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당신 눈앞에는 안이 안 보이는 박스 하나가 놓여 있습니다.

 

박스 안에는 고양이 한 마리와 50%의 확률로 작동하는 사살 장치가 있어요.

 

어떤 사람은 이게 독극물이라고 하고 어떤 사람은 방사능이라고 하지만, 중요한 건 50%로 작동한다는 거예요.

 

한 시간 후, 당신은 이 박스를 열어 고양이의 상태를 확인할 겁니다.

 

일반적인 상식선에서 이 고양이는 그렇다면 죽거나 살거나 둘 중 하나의 상태로 존재할 거예요.

 

하지만, 양자역학에 의거해, 슈뢰딩거는 생각했습니다.

 

박스를 열어 고양이를 확인하는 그 순간까지, 고양이의 상태는 반은 살아있으며 반은 죽은 상태이다.

 

정말 말 그대로 고양이의 반은 살아있고 반은 죽었다고요.

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이 사고실험의 결과는 너무 비상식적이라서, 심지어 슈뢰딩거도 고민하다 자신의 연구를 때려치우고 생물학으로 돌아 설까 생각했다네요.

 

하지만 이 사고실험이 양자역학의 중첩 현상을 이해 가능한 실험의 모습으로 변환했다는 것 자체로 이미 경이로운 겁니다.

 

이 사고실험에서 중요한 부분은 2가지인데, 첫째는 50%로 고양이는 살거나 죽는다라는 사실과 "당신이 박스를 관찰한다"라는 행위에요.

 

사실 실제 양자역학에서는 이중성, 파동, 입자, 전자, 이중 슬릿, 중첩 등등 정말 난해한 용어가 많이 쓰이는데, 그냥 간단히 말하자면 이래요.

 

중첩 현상은 양자 물질(대표적으로 전자 - 겁나작음)이 동시에 여러 군데에 위치한다는 말이다.

 

말이 이상한 게 당연한 거예요, 왜냐면 우리가 보는 물체는 너무나 커서 전자 정도는 돼야 이 현상이 보이거든요.

 

실제로 원자핵 주위를 도는 전자를 봐도 전자는 한 지점에 딱 있는 게 아니라 그림자 분신술을 한 것처럼 여러 군데 잔상이 남는데요, 그중 어느 한 지점에서 실체가 발견될 "확률"이 있는 것이지 정확한 위치는 알 수 없어요.

 

비록 어렵고, 저 또한 전문적으로 공부하는 학자는 아니지만, 제 생각에 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학 입문에 정말 적합한 사고실험인 듯해요.

 

읽어주셔서 감사합니다.