양자역학과 슈뢰딩거의 고양이

양자역학과 슈뢰딩거의 고양이


양자역학과 관련된 아주 유명한 실험 중에는 "슈뢰딩거의 고양이"라는 실험이 있습니다. 이 실험은 "1935년" 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거(Schrödingers)가 고안한 실험으로 양자역학의 불안전성을 보여주기 위해서 고안한 사고 실험입니다.


양자역학에 따르면 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 시간이 관측되기 전까지는 확률적으로 계산할 수밖에 없으며, 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말합니다. 하지만, 슈뢰딩거의 이 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적인 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로 일종의 패러독스로 거론이 되고 있는 실험이지요.




"슈뢰딩거의 고양이, 실험 내용"


이 슈뢰딩거의 사고 실험에는 알파 입자와 고양이 한 마리가 등장합니다. 고양이는 외부 세계와 완전히 차단된 상자 속에 들어있고, 이 상자는 독가스가 들어있는 통과 연결이 되어 있습니다. 독가스는 밸브에 가로막혀 상자 속으로 들어갈 수 없으며, 독가스가 든 통 역시 외부 세계와 완전히 차단되어 밸브가 열리는지 볼 수 없습니다. 이 밸브는 방사능을 검출하는 기계 장치와 연결되어 있는데, 그 기계 장치는 라듐 등이 붕괴하며 방출한 알파 입자를 검출하여 밸브를 열게 됩니다. 밸브가 열린다면 고양이는 독가스를 마셔 죽게 됩니다. 그리고 처음에 라듐은 단위 시간당 50%의 확률로 알파 붕괴하도록 설정이 되어 있습니다. 그렇다면 그 단위 시간이 흐른 후에 고양이는 50%의 확률로 살아있거나 죽어있을 것입니다.




"양자역학에 따르면 관측되지 않은 핵은 "붕괴한 핵"과 붕괴하지 않은 핵"의 중첩으로 설명되지만 한 시간 후 상자를 열었을 때 관측자가 볼 수 있는 것은 "붕괴한 핵과 죽은 고양이" 또는 "붕괴하지 않은 해과 죽지 않은 고양이" 뿐이다. 그럼 언제 이것의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정이 되는가?"


일반적인 믿음과는 달리 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아닙니다. 오히려 그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했습니다. 고양이는 반드시 살이었거나 죽은 상태여야 하기 때문에, 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것이라는 것이지요. 일반적으로 받아들여지는 코펜하겐 해석에 따르면 이 실험에서는 관측자가 상자를 여는 동시에 상태가 고정됩니다. 즉 대상에 대한 관측 행위가 대상의 상태를 결정한다는 것이지요. 다중 세계의 해석에서는 핵이 붕괴하는 순간이 분기점이 되어 고양이가 살아 있는 세계와 고양이가 죽은 세계가 분리되어 평행 우주가 되고 서로에게 영향을 주지 않는다고 해석하고 있습니다.


△ 빅뱅이론의 쉘든이 설명하는 슈뢰딩거의 고양이 이론


"빅뱅이론에서 소개된 슈뢰딩거의 고양이"


인기 미국 시트콤 중에는 과학을 주제로 하는 시트콤이 있습니다. 바로 "빅뱅이론(THE BIG BANG THEORY)"라는 이름의 시트콤이지요. 이 시트콤에서 괴짜 물리학자로 등장하는 "쉘든(SHELDON)"이 슈뢰딩거의 고양이에 대해서 이야기를 하는 장면이 나오기도 한답니다.


△ 앉은 것도 서있는 것도 아닌 슈뢰딩거의 강아지?


"앉은 것도, 서있는 것도 아닌, 슈뢰딩거의 강아지?"


그리고, 여기에 최근에 등장한 유머로 "슈뢰딩거"의 실험은 아니지만, 앉은 것도 서있는 것도 아닌 상태의 한 강아지 사진을 가지고 "슈뢰딩거의 개"라는 이름이 붙기도 했습니다. 이 슈뢰딩거의 고양이라는 실험의 내용에 대해서 아는 사람들만이 이해할 수 있는 개그라고 할 수 있지요.


여기까지, "슈뢰딩거의 고양이 실험"에 대해서 한 번 이야기를 나누어보았습니다.


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마속

2013-2016 티스토리 여행분야 우수블로거. 현재는 "여행"과 "맛집"에 주력하고 있습니다. e-mail : theuranus@tistory.com

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