산 고양이와 죽은 고양이가 상자 안에 공존하고 있다?

양자역학

주요 개념

파동함수 · 이중성 · 간섭 불확정 원리 · 배타 원리 변환 이론 · 결풀림 대응 원리 · 측정 중첩 · 양자얽힘· 상호보완성 · 제만 효과

실험

이중 슬릿 실험 데이비슨-거머 실험 슈테른-게를라흐 실험 벨 부등식 포퍼 실험 슈뢰딩거의 고양이

방정식

슈뢰딩거 방정식 파울리 방정식 클라인 고든 방정식 디락 방정식

고등 이론

밀도범함수 이론 섭동이론 양자 마당 이론 위트만 공리 양자전기역학 양자색역학 양자 중력 파인만 도표

해석

코펜하겐 · 앙상블 숨은 변수 · 트랜색션 다세계 · EPR 역설

과학자

플랑크 · 슈뢰딩거 하이젠베르크 · 보어 · 파울리 디랙 · 봄 · 보른 드브로이 · 폰노이만 아인슈타인 · 파인먼 에버렛 · 펜로즈

응용

양자정보 (양자 컴퓨터 · 양자암호 · 양자통신) NMR(핵자기공명)

v • d • e • h

슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers Katze)는 1935년에 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험이다. 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로밖에 계산할 수가 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 패러독스로서 거론된다.

이 사고 실험에는 방사능을 가진 원자핵과 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 원자핵이 든 기계 장치와 연결되어 있는데, 그 기계 장치는 원자핵이 붕괴하여 방사능을 방출하면 그것을 검출하여 벨브를 연다. 벨브가 열린다면 고양이는 독가스를 마셔 죽게 된다. 그리고 처음에 원자핵은 단위 시간 당 50%의 확률로 붕괴하도록 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.

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

찾아보기 [편집]

• 양자역학
• 결정론

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슈뢰딩거의 고양이 [Schrödinger's cat]

요약 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거가 설명한 이론으로, 밀폐된 상자 속에 독극물과 함께 있는 고양이의 생존 여부를 이용하여 양자역학의 원리를 설명한 것이다. 상자 속 고양이의 생존여부는 그 상자를 열어서 관찰하는 여부에 의해 결정되므로 관측행위가 결과에 영향을 미친다는 사실을 이 사고실험을 통해 설명하고 있다.  본문 슈뢰딩거는 오스트리아의 물리학자로 양자역학을 서술하는 네가지 방법 중 가장 기초적이고 최초의 방정식을 고안해 낸 사람이다. 슈뢰딩거는 말년에 과학철학을 공부했는데 그가 내세운 슈뢰딩거의 고양이는 만약 양자법칙이 거시세계에까지 확장된다면 어떻게 될까를 보여준다. 그 내용은 다음과 같다. 어떤 고양이가 밀폐된 상자 안에 갇혀 있다. 상자 안에는 1시간에 2분의 1 확률로 1개 분해되는 알파입자 가속기가 있고 청산가리 통이 들어 있다. 만약 알파입자가 방출되어 청산가리 통의 센서가 감지하면 청산가리 통은 깨지고 고양이는 죽고 만다. 1시간 후 과연 고양이는 죽었을까 살았을까? 알파입자는 미시세계의 것이고 양자역학으로 서술된다. 그것이 거시세계의 고양이를 죽이느냐 살리느냐의 기로에 놓여 있는 것이다. 각 물리학적 입장에 따라 고양이가 죽었을까 살았을까에 대한 답변은 다르다. 고전역학자들은 실재론자들이며 우리가 그것을 확인하든 안 하든 고양이는 죽었거나 안 죽었거나이다. 1시간 후의 일은 어떻게든 결정되어 있으며 그것은 관찰과 무관하다고 주장할 것이다. 하지만 양자론자들은 관측에 지배받는다고 이야기한다. 고양이는 죽었거나 살았거나이고 우리가 그것을 열어봤을 때에만 의미를 지닌다. 즉, 그것의 결과는 관측에 의존한다. 하나는 결정론적인 사고를 기초로 하고 있으며 다른 하나는 비결정론적인 사고를 취하고 있다. 이처럼 슈뢰딩거 고양이 사고실험은 양자 물리학에서 관측행위가 무엇을 의미하는지를 생각하게 되는 계기가 되었다. 이외에도 가능세계론과 통계적 입장이 있다. 가능세계론은 기본적으로 확률에 의한 세계관을 받아들인다. 그들에 의하면 상자를 여는 순간 세계는 고양이가 죽은 세계와 죽지 않은 세계의 두 갈래로 나뉜다. 통계적 입장 역시 확률론을 받아들인다. 만약 어떤 이가 여러번 이 실험을 반복한다면 어떤 통계적인 값에 이르게 될 것이다. 그것이 바로 고양이가 죽을 확률이라는 것이다. 이 논쟁은 양자역학의 기초를 다져 오늘날 톱쿼크와 같은 물질 기본단위 연구의 길을 트는 동시에 철학사상에도 지대한 영향을 미쳤다. 슈뢰딩거, 막스 보른, 오토 한 등 양자역학을 설명한 독일 괴팅겐대학교 교수들은 통근기차 속 토론에서 이런 복잡하고 심오한 이론체계를 확립했다고 한다. [출처] 슈뢰딩거의 고양이 [Schrödinger's cat ] | 네이버 백과사전