슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers' Katze)

슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers' Katze)

이번 상반기 SSAT, 일반상식 분야 문제에서 반가운 이름이 등장하더군요.
주어진 사람과 동물을 매치시키라는 문제였는데, 파블로프와 슈뢰딩거 등의 사람들이 등장하고, 고양이, 개, 소 등의 동물이 등장하더군요.

저는 양자역학을 따로 배우지는 않았지만, 빅뱅이론이라는 미국 드라마를 보면서 쉘든의 입을 통해서 한번 들어본 적이 있었기에 이 문제는 쉽게 맞출 수 있었습니다. 아시는 분들이 많이 있으시겠지만, 간략하게 슈뢰딩거의 고양이에 대해서 한번 알아보도록 하겠습니다.

1935년, 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거가 한 실험으로, 양자역학의 불완정함을 보여주기 위해 고안한 사고실험이다.
양자역학에 따르면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로 계산할 수 밖에 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말한다. 그런데 슈뢰딩거가 제안한 이 사고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로, 하나의 페러독스로 거론된다.

이 시고 실험에는 알파입자와 고양이 한 마리가 등장한다. 고양이는 외부 세계와 완전히 차단된 상자 속에 들어있고, 이 상자는 독가스가 들어있는 통과 연결되어 있다. 독가스는 벨브에 가로막혀 상자 속으로 들어갈 수 없으며, 독가스가 든 통 역시 외부 세계와 완전히 차단되어 벨브가 열리는지 볼 수 없다. 이 벨브는 방사능을 검출하는 기계 장치와 연결되어 있는데, 그 기계 장치는 라듐 등이 붕괴하며 방출한 알파입자를 검출하여 벨브를 연다. 벨브가 열린다면 고양이는 독가스를 마셔 죽게 된다. 그리고 처음에 라듐은 단위 시간 당 50%의 확률로 알파붕괴하도록 세팅되어 있다. 그렇다면 그 단위 시간이 흐른 후에 고양이는 50%의 확률로 살아 있거나 죽어 있을 것이다.

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 핵과 죽은 고양이" 또는 "붕괴하지 않은 핵과 죽지 않은 고양이"뿐이다. 그럼 언제 이 계의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정되는가?

일반적인 믿음과는 달리, 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아니다. 오히려 그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했다. 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에(그 둘 사이의 어디쯤이 아닌), 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것이다.

일반적으로 받아들여지는 코펜하겐 해석에 따르면 이 실험에서는 관측자가 상자를 여는 동시에 상태가 고정된다. 즉 대상에 대한 관측 행위가 대상의 상태를 결정한다는 것이다.

다중세계 해석에서는 핵이 붕괴하는 순간이 분기점이 되어 고양이가 살아 있는 세계와 고양이가 죽은 세계가 분리되어 평행 우주가 되고 서로에게 영향을 주지 않는다고 해석한다.

- 출처: 위키피디아 슈뢰딩거의 고양이 -

빅뱅이론 시즌1 에피소드 17에서 쉘든이 슈뢰딩거의 고양이에 대해서 언급하는 장면입니다.
쉘든의 입을 통한 슈뢰딩거의 고양이 이야기도 한번 들어보시죠.