양자 역학에서 얽힘 현상과 슈뢰딩거의 고양이는 무엇인가요?
제가 알기론 슈뢰딩거 고양이는 박스를 열기 전까지 고양이가 죽었는지 살았는지 알 수없고
작은 영향으로 변화를 주기에 우리는 미래를 예측할 수 없다인데
혹시 제가 잘못 알고 있다면 슈뢰딩거 고양이의 연구 의의와 얽힘현상에 대해 자세하게 알고 싶습니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
양자 역학에서 얽힘 현상은 두 개 이상의 양자 입자가 물리적으로 얽혀 있을 때, 그들 사이에 양자 상태의 상호의존성이 존재한다는 현상을 설명합니다. 이는 양자 역학의 비지역성의 한 측면으로서, 양자 입자들이 서로 먼 거리에 있더라도 그들 사이에 정보나 영향이 순간적으로 전달될 수 있다는 것을 의미합니다.
슈뢰딩거의 고양이는 양자 역학에서 사용되는 상상 속의 실험입니다. 이 실험은 고양이를 포함한 대상이 양자 상태의 중첩인 상태로 동시에 존재할 수 있다는 개념을 설명하기 위해 제안되었습니다. 슈뢰딩거의 고양이 실험에서는 고양이가 양자 상태의 중첩인 동시에 죽은 상태와 살아있는 상태를 동시에 가질 수 있다는 가정을 합니다. 이는 양자 역학의 특징 중 하나인 양자 상태의 중첩과 관련된 개념을 이해하는 데 도움을 줍니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
핀란드 알토대와 호주 뉴사우스웨일스대 공동연구팀은 양자얽힘이 일어나는 두 알루미늄 조각을 이용한 실험으로 불확정성 원리를 피할 수 있다는 사실을 밝혀 같은 날 사이언스에 발표했다. 양자역학의 주요 개념인 불확정성의 원리에 따르면 입자의 위치와 운동량은 동시에 정확히 측정할 수 없다. 그러나 연구팀이 마이크로파로 한 조각을 진동시켰을 때 나머지 조각이 그와 정반대 위상으로 진동했다. 이런 규칙성을 활용해 양자얽힘이 일어난 물체의 위치와 운동량을 측정할 수 있다. 라우레 메르시에 드 레피나이 핀란드 알토대 연구원은 “만약 이런 움직임이 오롯이 양자얽힘에 의해 일어난 거라면, 두 조각의 위치와 운동량을 정확히 측정함으로써 불확정성의 원리를 깰 수 있다”고 말했다.
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 네 가지 방법 중 가장 기초적이고 최초의 방정식을 고안해 낸 사람이다. 슈뢰딩거는 말년에 과학철학을 공부했는데 그가 내세운 슈뢰딩거의 고양이는 만약 양자법칙이 거시세계에까지 확장된다면 어떻게 될까를 보여준다.
사고실험
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?
해설
사고실험에서 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.