슈뢰딩거의 고양이 실험에 대한 자세한 설명

슈뢰딩거의 고양이( Schrödinger’s Cat)는 양자역학의 기초 원리를 설명하기 위해 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)가 1935년에 고안한 사고 실험입니다. 이 실험은 양자역학에서의 측정 문제와 중첩(superposition) 개념을 직관적으로 설명하려는 목적으로 제안되었습니다. 다음은 슈뢰딩거의 고양이 실험에 대한 자세한 설명입니다.

사고 실험의 구성

슈뢰딩거의 고양이 실험은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다:

밀폐된 상자: 실험을 위해 고양이, 방사성 원소, 방사능 탐지기, 독가스가 들어 있는 밀폐된 상자가 사용됩니다.
방사성 원소: 이 원소는 1시간 내에 붕괴할 확률이 50%인 방사성 물질입니다.
방사능 탐지기: 방사능 탐지기는 방사성 원소가 붕괴할 경우 이를 감지합니다.
독가스: 탐지기가 방사성 원소의 붕괴를 감지하면 독가스를 방출하는 장치가 연결되어 있습니다.
고양이: 밀폐된 상자 안에는 고양이가 들어 있습니다.

사고 실험의 진행

방사성 원소가 붕괴하지 않을 경우, 고양이는 살아 있습니다.
방사성 원소가 붕괴할 경우, 탐지기가 이를 감지하고 독가스를 방출하여 고양이가 죽습니다.

중첩 상태

양자역학의 원리에 따르면, 방사성 원소는 관측되지 않는 한 붕괴된 상태와 붕괴되지 않은 상태가 동시에 존재하는 중첩(superposition) 상태에 있습니다. 따라서 밀폐된 상자 안의 고양이도 독가스가 방출된 상태와 방출되지 않은 상태가 동시에 존재하게 됩니다. 즉, 고양이는 동시에 살아 있으면서도 죽어 있는 상태가 되는 것입니다.

관측의 중요성

슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자역학에서 관측의 중요성을 강조합니다. 상자를 열어 고양이를 확인하는 순간, 중첩 상태가 해제되어 고양이는 하나의 명확한 상태(살아 있거나 죽은 상태)로 결정됩니다. 이 과정은 ‘양자 붕괴(quantum collapse)’라고 불리며, 관측자가 측정을 통해 양자 상태를 확정하는 역할을 합니다.