슈레딩거 고양이

슈레딩거 고양이

슈레딩거의 고양이는 양자역학의 코펜하겐 해석을 비판하기 위해 슈레딩거가 고안한 사고 실험이다.

엘빈 슈레딩 더거(E. Schrödinger, 1887-1961)은 슈레딩거 방정식을 포함한 양자역학에 기여하는 것으로 유명한 오스트리아 물리학자이다.

‘슈레딩거의 고양이’ 실험을 나타낸 위 그림을 보면, 방사선은 물질로 나타낸 것은 양자역학적 대상임을 나타내는 것이며, 거기에는 독물이 들어간 유리병이 있다.

독물병에는 검출기와 망치가 있으며 방사성 물질은 두 가지 상태인 A 또는 B를 가질 수 있다고 가정합시다.

이것이 A 상태에 있을 때는 괜찮지만, B 상태에 있으면 빛이 밖으로 나오게 된다.

B 상태에 있을 때 나온 빛이 검출기에 도달하면 망치가 독물병을 파괴하게 된다.

즉, A상태에 있을 때는 독물병이 망가지지 않고, B상태에 있으면 독물병이 망가지게 된다.

고전 역학의 관점에서, 물체는 A 상태에 있거나 B 상태가 있는 2가지 중 하나만 가능하기 때문에, 독물질병은 부서지거나 부서지지 않거나 그 중 하나의 상태에 .

그러나 양자역학에서는 A와 B의 상태를 동시에 가질 수 있다는 것이 중요한 맹점이다.

이것은 한마디로 「중복 상태」라고 말할 수 있다.

양자역학에서는 독물질병이 깨진 동시에 깨지지 않은 두 가지 상태에 있을 수 있다.

여기서 슈레딩거는 상기 실험 과정의 상황에서 고양이 한 마리를 넣는다.

B상태라면 질병이 망가져 독극물이 외부로 나오기 때문에 고양이는 죽어야 하고, A상태라면 독극물병이 무사하고 고양이도 살아있을 것이다.

양자역학에서는 A상태와 B상태가 동시에 존재하는 것으로 보이지만, 과연 고양이가 양자역학의 이론처럼 죽고 동시에 살 수 있다는 맹점을 제기하는 것이 이 ‘슈레딩거의 고양이’ 실험의 골자입니다.

즉, 양자역학에 모순이 생긴다는 것이다.

스티븐 호킹은 이 패러독스에 대해 “나는 슈레딩거의 고양이 이야기를 들을 때마다 말하는 사람을 총으로 쏘고 싶었다”고 말했다.

스티븐 호킹과 같은 천재적인 물리학자가 이런 이야기를 할수록 역설적이고 물리학자에게는 지친 문제인 것이다.

그렇다면 ‘슈레딩거의 고양이’가 이론적 불안정성을 제기한 양자역학의 ‘코펜하겐 해석’은 어떤 것일까? 코펜하겐의 해석은 양자역학에 대한 정덕해석으로 닐스보어와 베르너 하이젠베르크 등에 의해 제시되어 20세기 전반에 걸쳐 가장 영향력이 큰 과학해석으로 꼽힌다.

「코펜하겐 해석」은 측정이 대상에 영향을 미치기 때문에, 위치나 운동량 등의 기본 물리량을 아는 것이 원리적으로 불가능하다고 주장한다.

측정을 하면, 대상의 상태에 불연속적인 변화가 일어나지만, 이것을 붕괴라고 부른다.

결국 코펜하겐 해석에서는 관측되는 대상과 관측을 하는 두 주체로 우주를 나누어 생각해야 한다.

누가 관측할지, 누가 관측되는지를 전제로 이후 이야기를 해야 한다는 것이다.

관측을 하는 것은 우리와 같은 큰 세계, 매크로 세계의 물체이다.

관측되는 것은, 양자역학에 따른 미시 세계, 원자 사이즈가 작은 물체이다.

그리고 관측을 대상에 영향을 주어 상태를 바꾼다.

이것이 양자역학의 표준 해석이라고 할 수 있는 ‘코펜하겐 해석’이다.