[재밌는 양자역학] 12.슈뢰딩거의 고양이(Schrödinger's cat)

안녕하세요 생각하는 공대생입니다.

오늘 그 유명한 슈뢰딩거의 고양이(Schrödinger's cat)에 대해서 알아보도록 하겠습니다!!

"죽은 것과 동시에 살아있는 고양이!"

슈뢰딩거의 고양이란 코펜하겐 해석을 비판하기 위해 슈뢰딩거가 제안한 

사고실험(thought experiment)입니다.

실제로 실험한게 아니라 이론에 기반하여 생각만으로 한 실험이죠.

슈뢰딩거는 양자역학의 확률적 해석을 굉장히 싫어했습니다. 코펜하겐 해석이 틀렸다고 생각한것이죠.

그래서 고양이가 죽은 동시에 살아있는게 말이 돼? 너네가 맞는거라면 이 상황을 설명해봐!!라는 

뉘앙스로 제안한 것입니다.

그러나 그 비유가 일반인도 이해하기 쉬워 

오히려 양자역학을 대표하는 예시로 알려지게 된 것입니다. ㅋㅋㅋㅋ

(불확정성 식 모양이 고양이를 닮았네요 ㅎㅎ)

그 내용은 다음과 같습니다!

완전히 밀폐되고 불투명한 상자 안에 고양이와 청산가리가 담긴 병이 들어있다. 

청산가리가 담긴 병 위에는 망치가 있고 망치는 방사선 계측기와 연결되어있다. 

방사선이 감지되면 망치가 내리쳐져 청산가리 병이 깨지는 구조이며

 결국 그 병이 깨지면 고양이는 중독되어 죽고 만다.

 위에는 1시간에 50%의 확률로 핵붕괴해 알파선을 방사하는 우라늄 입자가 놓여있다.

이럴 경우 1시간이 지났을 때 고양이는 어떤 상태로 존재하는가? 

실험자는 외부에 있기 때문에 관찰이나 간섭을 절대 할 수 없는 상태에서 대답을 해야 한다.

즉, 양자역학이 적용되는 미시세계의 일(50% 확률의 알파선 붕괴)을

거시세계의 일(고양이의 생사)로 연결시켜 시비를 따지는 것이죠.

코펜하겐 해석은 고양이가 죽은 상태와 살아있는 상태가 중첩되어 있고

상자를 열어 관찰을 한 후에야 비로소 죽었거나 살아있는 하나의 상태로 결정된다고 말합니다.

처음에 양자역학을 지지하는 학자들은 이러한 슈뢰딩거의 비판에 매우 당황했는데요.

결국 다음과 같은 결론이 납니다.

슈뢰딩거의 고양이라는 상황은 양자역학적 조건에 맞지 않고

때문에 양자역학을 반박하는 예시가 아니다라고 말이죠.

그말인즉슨

상자 안의 물체들이 각각 완벽하게 닫힌 계라면 외부 계는 그들의 상태를 관측할 수 없고 

그들은 파동성을 잃지 않고 동시에 여러 상태를 갖게 될 것입니다. 

그러나 상자 안은 진공도 아니며 적외선과 같은 광자를 방출하고 있을 것입니다. 

즉 상자 안의 고양이, 청산가리가 든 병, 방사선 계측기는 서로 의미있는 상호작용을 하는데다가 

상자 안과 밖을 상자 자체가 연결해주기에 상자 자체부터가 완전한 닫힌 계가 아니라는 것이죠.

따라서 상자 밖과 안은 언제나 의미있는 상호작용을 하며 이는 언제나 상자 안이 관측되고 있음을 나타냅니다.

그러므로 상자 속의 고양이는 상자를 열든 열지 않든 죽거나 살아있는 

둘 중 하나의 분명한 상태를 가지게 됩니다.

심지어 이후에는 아슈로라는 물리학자가

 

초전도체 거울을 이용해 중첩상태를 실제로 만듦으로써

슈뢰딩거 고양이와 비슷한 상황이 가능하다는 것을 실험적으로 증명했습니다.

고양이 : 난 살아있다!!! 슈뢰딩거 새끼야!!!!!

슈뢰딩거로 인해 죽으면서 살았을 수 많은 가상의 냥이들의 빡침이 느껴지네요. ㅋㅋㅋㅋㅋ

다음에 계속