양자 아이, 보이지 않는 세계의 비밀

“세상은 눈에 보이는 것보다 훨씬 신기하다!”.5장

5장. 고양이 상자 속의 수수께끼

상자 안의 고양이는 살아 있을까?

동시에 살아 있고, 죽어 있다?

‘관측 전까지는 모른다’는 뜻

장난 같은 이야기 속 진짜 과학

상자는 우리 마음 속에도 있다

5-1. 상자 안의 고양이는 살아 있을까? — ‘질문의 시작’

탁, 하고 상자가 닫혔어요.
두꺼운 뚜껑 안에는
우리가 사랑하는 고양이 한 마리가 들어 있습니다.

그런데 문제가 하나 생겼어요.
상자는 꼭 닫혀 있어서
안이 보이지 않습니다.

이제 질문이 시작됩니다.

“상자 안의 고양이는 지금 살아 있을까?”

우리는 보통 이렇게 대답하고 싶어져요.
“당연히 살아 있지!”
혹은
“혹시… 무슨 일이 생긴 건 아닐까?”

하지만 곧 이런 생각도 듭니다.
“보지 않았는데, 어떻게 알지?”

여기서 양자역학은
아주 조용히,
하지만 아주 이상한 말을 꺼냅니다.

“아직 아무도 보지 않았다면,
고양이의 상태는 정해지지 않았을지도 몰라.”

이 말은
우리가 몰라서 헷갈린다는 뜻이 아닙니다.
정말로 아직 ‘결정되지 않았다’는 뜻이에요.

마치 이런 것과 비슷해요.

아직 열어보지 않은 선물 상자

던져 놓고 손으로 덮어버린 동전

시험지를 아직 채점하지 않은 상태

결과는 분명히 있을 것 같지만,
열어보기 전까지는
아직 현실이 되지 않은 상태인 거예요.

양자의 세계에서는
“보이지 않는다”는 말이
아주 특별한 뜻을 가집니다.

그건 단순히
숨겨져 있다는 뜻이 아니라,
아직 선택되지 않았다는 뜻이거든요.

그래서 과학자들은 이렇게 묻습니다.

“만약 아무도 상자를 열어보지 않는다면,
고양이는 어떤 상태일까?”

이 질문은
정답을 빨리 말하라고 재촉하지 않습니다.
오히려 우리에게
생각하는 시간을 건네줍니다.

보지 않는 동안,
세상은 정말 어떻게 존재할까?

이 질문 하나로
우리는 이제
아주 깊은 여행을 시작합니다.

상자 하나,
고양이 한 마리,
그리고
‘보는 것’이 무엇인지 묻는 과학의 모험이
지금 여기서 열렸습니다.

다음 절에서는
이 질문이 왜
더 이상한 방향으로 흘러가는지 보게 될 거예요.

“혹시…
고양이는
살아 있으면서
동시에 죽어 있을 수도 있을까?”

이상하죠?
하지만 바로 그 이상함 속에
양자역학의 진짜 문이 숨어 있습니다.

5-2. 동시에 살아 있고, 죽어 있다? — ‘말이 안 되는 이야기처럼 보이는 이유’

“고양이가 살아 있으면서
동시에 죽어 있다니요?”

이 말을 처음 들으면
누구나 웃거나 고개를 젓습니다.
말이 안 되잖아요.
살아 있거나, 죽어 있거나
둘 중 하나여야 하니까요.

우리는 늘 그렇게 배워왔습니다.
정답은 하나,
결과도 하나.

하지만 양자의 세계는
살짝 고개를 기울이며
이렇게 말합니다.

“아직 결정되지 않았다면,
하나로 고를 필요는 없을지도 몰라.”

이게 바로
사람들을 가장 헷갈리게 만드는 부분입니다.

고양이가 정말로
살아 있으면서 죽어 있다는 뜻일까요?

아니요.
양자역학은
그런 잔인한 이야기를 하려는 게 아닙니다.

이 말의 진짜 뜻은 이거예요.

“아직 보지 않았다면,
결과는 하나로 정해지지 않았다.”

마치 이런 상황과 비슷해요.

동전을 높이 던졌어요.
그런데 공중에서
아직 떨어지지 않았습니다.

그 순간,
동전은 앞면일까요?
뒷면일까요?

정답은 이렇습니다.

“아직 모른다.”

그리고 양자의 세계에서는
그 “아직 모른다”가
아주 중요한 상태가 됩니다.

그 상태를
과학자들은 이렇게 부릅니다.

중첩.

중첩이란
앞면과 뒷면이
아직 갈라지지 않고
겹쳐 있는 상태입니다.

고양이 이야기도 똑같아요.
상자가 닫혀 있는 동안,
고양이는
‘살아 있음’과 ‘죽어 있음’이라는
두 가능성이
겹쳐진 상태로 존재합니다.