슈뢰딩거의 고양이는 1935년에 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험입니다. 이 사고 실험은 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로밖에 계산할 수가 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말하죠.
슈뢰딩거가 제안한 이 사고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로, 하나의 패러독스로서 자주 거론됩니다.
슈뢰딩거의 고양이 양자역학의 세계
슈뢰딩거의 고양이 실험
사고실험의 내용은 다음과 같습니다. 고양이 한 마리와 청산가리가 든 유리병, 방사성물질 라듐, 방사능을 검출하는 가이거 계수기, 망치가 상자에 들어 있습니다.
상자는 외부 세계에 차단되어 있고, 밖에서 내부를 볼 수 없다. 라듐 핵이 붕괴하면 가이거계수기가 그걸 탐지합니다. 그러면 망치가 유리병을 내려쳐 깨게 돼 청산가리가 유출되고, 청산가리를 마신 고양이는 죽게 됩니다.
라듐이 붕괴할 확률은 1시간 뒤 50퍼센트, 1시간 뒤 고양이는 죽었을까 살았을까요?
요약하면 "1시간 후에 절반의 확률로 상자 안의 고양이가 죽습니다. 당신은 그 상황을 전혀 볼 수 없죠."라는 것이다. 이는 역설을 제기하기 위한 사고실험입니다.
양자역학적 해석
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"뿐입니다. 그럼 언제 이 계의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정될까요?
슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장했던 것은 아닙니다. 오히려 그는 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했습니다. 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에, 그 둘 사이의 어디쯤이 아닌, 원자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것입니다.
양자역학과 더블슬릿 실험
슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 특성과 역설을 시각적으로 이해하는 데 도움이 되는 사고 실험이지만, 양자역학의 본질을 이해하는 데에는 더블슬릿 실험도 중요합니다. 더블슬릿 실험에서는 손전등이 벽면을 비추고 있다. 손전등과 벽면 사이에 가림판을 설치하고 그 가림판에 가늘고 기다란 구멍을 뚫습니다.(A슬릿).
그럼 가림판의 A슬릿을 빠져나온 빛은 벽면에 기다란 한 줄의 빛줄기를 남길 것입니다. 만약 그 구멍옆에 똑같은 구멍(B슬릿)을 하나 더 뚫는다면, 벽면에는 여러 줄의 불빛이 생깁니다. 이는 파동이 서로 간섭하는 현상에 의해 발생하는 것으로, 빛이 파동임을 확실하게 증명합니다.
더블슬릿 실험은 물리학에서 중요한 실험으로, 빛이 어떻게 행동하는지 증명하는 데 사용된다. 이 실험은 빛이 파동인지 입자인지를 밝혀내는 데 중요한 역할을 합니다. 빛이 두 슬릿을 통과하면서 발생하는 간섭 패턴을 통해 빛이 파동 특성을 가지고 있음을 보여줍니다.
더블슬릿 실험은 또한 양자역학의 양자 중첩 원리를 보여주기도 하는데, 이 원리에 따르면, 하나의 입자는 동시에 두 개의 슬릿을 통과할 수 있습니다. 양자역학의 이러한 특성은 슈뢰딩거의 고양이 사고실험과 더블슬릿 실험 모두에서 중요한 역할을 하죠.
양자 중첩의 개념은 슈뢰딩거의 고양이가 동시에 살아있고 죽어있다고 묘사하는 데 사용되며, 더블슬릿 실험에서는 입자가 동시에 두 슬릿을 통과할 수 있음을 보여줍니다. 이 두 실험은 모두 양자역학의 이해에 정말 중요합니다.
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