'슈뢰딩거의 고양이 실험'은 양자역학을 모르더라도 한 번쯤은 들어보셨을 거라 생각됩니다. 슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자역학이라는 복잡한 영역에서 양자역학의 불완전을 증명하기 위해 고안한 사고 실험입니다. 1935년 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger, 1887~1961)가 제안한 이 이론 실험은 양자역학의 코펜하겐 해석을 비판하기 위하여 실행되었습니다.
시나리오
슈뢰딩거의 고양이 실험은 철로 만든 상자 안에 가상의 고양이를 가두고 방사성 물질이 들어있는 가이거 계수기, 계수기와 연결된 망치, 독가스가 들어 있는 유리병을 넣습니다. 방사성 물질의 원소 한 개가 한 시간 안에 붕괴될 확률은 50%이며 한 개라도 붕괴하게 되면 망치가 떨어져 유리병을 깨뜨리면서 독가스가 방출되어 고양이가 죽습니다. 그렇다면, 한 시간 후에 고양이는 살아 있는 상태일까요, 죽어 있을까요?
양자 중첩
양자역학에 따르면 상자를 열고 관찰할 때까지 고양이의 운명은 중첩의 원리 때문에 불확실합니다. 상자가 닫힌 상태로 있는 한 고양이는 살아 있는 것과 죽은 것으로 동시에 간주되는 양자 중첩의 상태로 존재합니다.
역설
이 실험은 양자 불확정성의 개념과 맞물려 입자나 계가 관찰되거나 측정될 때까지 여러 상태로 존재할 수 있고 그 시점에서 하나의 상태로 붕괴될 수 있다는 역설을 강조합니다. 이런 맥락에서 관찰 행위는 양자 세계에 내재한 불확실성을 해소하는 결정 요인이 됩니다. 슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자 원리를 생물처럼 거시적인 물체에 적용하는 명백한 부조리를 강조하기 위해 고안되었습니다. 슈뢰딩거는 양자역학의 코펜하겐 해석에 대한 비판으로 시작한 이 실험은 해석의 반직관적인 결과를 강조하려고 했습니다. 상자 속을 확인하기 전까지는 고양이가 죽어 있는 상태와 살아 있는 상태가 결합되어 있는데 슈뢰딩거는 죽었으면서 동시에 살아 있는 고양이는 존재하지 않다는 점에서 양자역학이 불완전하고 현실적이지 않다고 봤습니다. 즉 고양이는 살아 있거나 죽은 상태여야 한다는 것이지요. 이 사고 실험은 실제 고양이가 그러한 상태의 중첩 상태에 존재할 수 있다는 것을 암시하는 것이 아니라 양자역학의 본질과 그것이 현실에 대한 고전적 이해에 도전하는 측면에서 이론적 장치 역할을 수행합니다. 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 영역에서 설득력 있는 실험으로 남아 있으며 양자 중첩과 불확정성의 기이하고 마음을 움직이는 함축적인 의미를 강조합니다. 처음에는 비판으로 구상되었지만 양자 세계의 수수께끼적이고 역설적인 측면을 상징적으로 표현했습니다. 이 실험은 겉보기에는 추상적이지만 양자역학의 심오한 과학적 함의를 가지고 있습니다. 양자적 차원에서 관찰 행위 자체가 계의 상태를 형성한다는 점은 기존 현실 개념에 도전합니다. 결국 슈뢰딩거의 고양이는 양자 세계의 복잡성과 특수성을 고찰하도록 하며 양자역학의 핵심에 있는 신비에 대한 더 깊은 탐구를 촉구합니다.
