양자역학에서의 슈뢰딩거의 고양이는 무엇인가요?
양자역학에서 슈뢰딩거의 고양이는 무엇인가요? 이론적으로 존재하는 이 고양이는 어떤 의미를 갖고 있을까요? 그리고 양자역학에서의 관측과 측정은 어떻게 이루어질까요?
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
슈뢰딩거의 고양이는 1935년에 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험입니다.
실험 내용은 사실 간단합니다. 상자에는 고양이 한 마리와 청산가리가 든 유리병, 방사성물질 라듐, 방사능을 검출하는 가이거 계수기, 망치가 들어 있고 상자는 외부와 차단되어 있으며 밖에서 내부를 볼 수 없습니다. 라듐 핵이 붕괴하면 가이거계수기가 그걸 탐지하면 망치가 유리병을 내려쳐 깨게 돼 청산가리가 유출됩니다. 청산가리를 마신 고양이는 죽게 됩니다. 라듐이 붕괴할 확률은 1시간 뒤 50퍼센트인데, 1시간 뒤 고양이는 죽었을까 살았을까요? 이것이 슈뢰딩거의 고양이입니다.
다시 말하면 '한시간 후에 절반의 확률로 상자 안의 고양이가 죽지만 당신은 그 상황을 전혀 볼 수 없다.'라는 것이죠.
이를 다시 슈뢰딩거가 불완전하다는 것을 보이기 위한 양자역학에 대입하면..
양자역학에 따르면 관측하지 않은 핵은 '붕괴한 핵'과 '붕괴하지 않은 핵'의 중첩으로 설명되지만 한 시간 후 상자를 열었을 때 관측자가 볼 수 있는 것은 "붕괴한 핵", 즉 죽은 고양이 또는 "붕괴하지 않은 핵" 즉 "죽지 않은 고양이"뿐입니다. 그럼 언제 이 계의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정되는가는 일반적인 믿음과는 달리, 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아니라는 것입니다. 오히려 그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했고, 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에, 그 둘 사이의 어디쯤이 아닌, 원자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것입니다.
말이 상당히 어렵긴 한데..
이 어려운 말을 고양이에 빗대어 비판한 것입니다.
