물리학자 에르빈 슈뢰딩거의 고양이

 

슈뢰딩거의 고양이(Schrodingers Katze)는 1935년 오스트리아 물리학자인 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 보이기 위해서 고안한 사고 실험

 

□■□ 기원

막스 보른(Max Born)은 자신이 직접 만든 파동 방정식의 해(파동함수)가 확률을 뜻한다는 코펜하겐 해석을 주장하자 이에 반박하고자 물리학에 불확정성이 도입된 것에 대해 반발하기 위해서 고안된 사고 실험이다.

 

코펜하겐 해석이 얼마나 비상식적인지 비판하고자 하는 목적의 실험이다.

 

양자역학에서 보면 미시적 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 발생되기 전까지 확률적으로 계산할 수가 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말한다.

 

슈뢰딩거가 제안한 사고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 경우 어떠한 현상이 일어나는지 보여주는 것으로 거론된다.

 

 

□■□ 사고실험 내용

외부로부터 완전히 밀폐된 상자는 밖에서도 내부를 볼 수 없게 만든 상태다.

이 상자 안에는 살아 있는 고양이 한 마리와 청산가리가 든 유리병이 있다. 청산가리가 든 유리병 위에는 망치가 있고 망치와 가이거 계수기는 서로 연결되어 있다.

 

라듐 핵이 붕괴되면서  가이거계수기가 방사능을 탐지하게 되고, 그러면 망치가 청산가리가 든 유리병을 내리쳐 청산가리를 유출시킨다.

 

청산가리를 마신 고양이는 서서히 중독되어 죽어간다. 라듐이 붕괴할 확률은 1시간 후 50%로 1시간이 지난 후 고양이는 죽었을까 아니면 살아 있을까

 

이 실험을 요약하자면 상자안에 든 고양이는 1시간 후 50%의 확률로 살아남을 수도 있고, 50%로의 확률로 죽는다는 실험이다.

이 실험을 통해서 양자역학을 비판하고자 했으나 오히려 그 반대의 결과로 대중에게 양자역학을 알리는 계기가 되었다.

 

 

□■□ 코펜하겐 해석  

양자역학에 대한 다양한 해석 중 하나로 닐스 보어와 베르너 하이젠베르크 등에 의한 정통 해석으로 코펜하겐의 지명으로 이름이 붙여진 20세기 전반에 걸쳐 영향력이 가장 컸던 해석.

 

① 입자의 상태는 파동함수에 의해 결정되며 파동 함수 제곱은 측정값의 확률밀도를 나타낸다.

 

② 모든 물리량은 관측되었을 때 의미를 갖는다.

물리량은 관측 작용의 영향을 받는다.

 

③ 서로 관계를 갖는 물리량은 하이젠베르크의 불확정성 원리에 의해 위치와 운동량을 동시에 측정하는 것이 불가능하다.

 

④ 모든 입자들은 입자의 성질과 파동의 성질을 갖고 있고, 서로는 상보성을 띠고 있다.

 

⑤ 양자 상태는 불연속적이고 특정한 물리량만 갖는다.

한 상태에서 다른 상태로 전환될 때 양자 도약이 일어난다.

한 상태에서 사라지고 다른 상태에서 나타난다.

 

□■□ 양자역학

원자·분자 등 미시적인 물질세계를 설명하는 현대 물리학의 기본 이론으로 양자 역학 이전의 물리학을 고전 물리학으로 말하는데 고전 물리학의 경우 일상생활에서 느끼는 규모의 거시적 물질세계를 설명하고 있다.

▣ 특징

① 양자화(quantization) - 에너지, 운동량, 각운동량 등의 성질들이 특정 값들에 제한되어 있다.

② 파동-입자 이중성(wave-particle duality) - 미시적인 현상에서는 파동의 특성과 입자의 특성이 동시에 관찰되는데 이를 파동-입자 이중성이라고 하며, 거시 세계에서는 파동 현상과 입자가 만들어내는 현상은 분명하게 구별할 수 있다.

③ 불확정성 원리(uncertainty principle) - 물질의 어떤 특성들은 동시에 정확하게 측정하는 데 한계가 있다.