슈뢰딩거의 고양이와 호모 사피엔스
사고 실험
호모 사피엔스를 사고 실험 대상으로 삼기엔 변수가 너무 많다
슈뢰딩거의 고양이 : 사고 실험
슈뢰딩거의 고양이(Schrödingers Katze)는 1935년에 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 불완전함을 증명하기 위해서 고안한 사고 실험이다. 양자역학에 의하면, 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 그 사건이 관측되기 전까지는 확률적으로밖에 계산할 수가 없으며 가능한 서로 다른 상태가 공존하고 있다고 말한다. 슈뢰딩거가 제안한 이 사고 실험은 우연적으로 일어나는 미시적인 사건이 거시적 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 것으로 하나의 패러독스로서 거론된다.
슈뢰딩거의 사고 실험에는 알파 입자와 고양이 한 마리가 등장한다. 고양이는 외부 세계와 완전히 차단된 상자 속에 들어있고, 상자는 독가스가 들어있는 통과 연결되어 있다. 독가스는 밸브에 가로막혀 상자 속으로 들어갈 수 없으며, 독가스가 든 통 역시 외부 세계와 완전히 차단되어 밸브가 열리는지 볼 수 없다. 밸브는 방사능을 검출하는 기계 장치와 연결되어 있고 라듐 등이 붕괴하며 방출한 알파 입자를 검출하여 밸브를 연다. 밸브가 열린다면 고양이는 독가스를 마셔 죽게 된다. 라듐은 단위 시간당 50%의 확률로 알파 붕괴하도록 세팅되어 있어서 단위 시간이 흐른 후에 고양이는 50%의 확률로 살아 있거나 죽어 있을 것이다.
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"뿐이다. 그럼 언제 이 계의 중첩 상태가 끝나고 하나의 상태로 고정되는가? 슈뢰딩거는 "죽기도 하고 살기도 한 고양이"가 진짜로 존재한다고 주장하지 않았고 오히려 양자역학은 불완전하며 현실적이지 않다고 생각했다. 고양이는 반드시 살아있거나 죽은 상태여야 하기 때문에(그 둘 사이의 어디쯤이 아닌), 양성자 역시 붕괴했거나 붕괴하지 않았거나 둘 중 하나라는 것이다.
일반적으로 받아들여지는 코펜하겐 해석에 따르면 이 실험에서는 관측자가 상자를 여는 동시에 상태가 고정된다. 즉 대상에 대한 관측 행위가 대상의 상태를 결정한다는 것이다. 슈뢰딩거의 고양이가 위 상황에서 '죽음과 살아있음이 중첩된 상태'라고 말하는 것은 결코 고양이가 '죽었는지 살았는지 모르는 것'이 아니다. 관측되기 전에는 두 상태가 공존하는 것이고, 관측 후에는 둘 중 하나의 상태로 결정이 되는 것뿐이다.
다중 세계 해석에서는 핵이 붕괴하는 순간이 분기점이 되어 고양이가 살아 있는 세계와 고양이가 죽은 세계가 분리되어 평행 우주가 되고 서로에게 영향을 주지 않는다고 해석한다.
앙상블 해석에서는 양자 물리학의 확률의 문제를 통계적으로 해석하는데 상자 속의 고양이가 살아있을 확률이 50%이고 죽어 있을 확률이 50%라는 것은, 한 마리의 고양이가 죽은 상태와 살아 있는 상태가 중첩된 상태에 있다는 것이 아니라, 많은 고양이가 같은 상태에 있을 때 그중의 반은 죽어 있고 반은 살아 있다는 것을 뜻한다고 한다.
관측을 하면 그 순간 상태 함수가 바뀐다고 하는데 언제 바뀌는 것이냐? 언제 관측했다고 볼 수 있는가? 어떠한 요소가 있어야 관측이라고 할 수 있는가? 등의 여러 가지 문제가 끊임없이 생길 수 있기 때문에 양자역학에서 해석의 문제는 아직도 논란의 여지가 있다. - 슈뢰딩거의 고양이 - 사고 실험 일부 발췌
양자역학의 관점에서 논의되는 슈뢰딩거의 고양이처럼 우리들이 사고 실험 대상인 것은 아닐까 하는 생각을 해본다. 거대한 상자 안 알파 입자와 갇힌 고양이처럼. 어느 순간 우연한 기회에 밸브가 열린다면 독가스가 들어오게 될 것이다. 라듐은 단위 시간당 50%의 확률로 알파 붕괴하도록 세팅되어 있어서 단위 시간이 흐른 후에는 50%의 확률로 살아 있거나 죽어 있을 것이다. 살아 있으면서 죽어있음의 상태란 존재할 수 없으니 결국 어느 순간이 생과 사를 가르는 결정적인 순간이 될 것이다. 그 순간은 상자 안의 고양이 만이 알뿐이다. 살아 있음과 죽음의 확인은 관찰자가 상자를 여는 순간에 가능하다.
슈뢰딩거의 고양이 실험을 통해 삶과 죽음은 50% 가능성으로 존재한다는 것. 불행과 행운도 50% 가능성으로 존재한다는 사실에 대해 생각한다. 그렇다면 반반의 확률 속에서 우리에게 좋은 일이 일어나게 할 가능성을 높인다면 결과적으로 좋은 일이 일어날 확률이 커지고 좋지 않은 일이 일어날 확률은 줄어들 것이다. 미시적 사건이 앞으로 일어나게 될 거시적 사건에 영향을 미치는 것은 분명하고 우리에게 다가올 어떤 일이 불행인지 행운인지는 상자 안을 여는 경우에 확인 가능하다는 사실이다.
생각해보면 살아있으면서 죽어있는 것처럼 살아버린 적이 더 많은 듯하다. 매 시간 무언가를 끊임없이 하고 버려지는 자투리 시간들이 아까워 쫓기듯 살면서도 제대로 삶의 의미와 방향을 를 찾지 못하고 있으니 말이다. 잠재된 어떤 일들. 미시적인 것들이 앞으로의 거시적인 일에 영향을 준다는 것은 양자역학 이론이 아니고서도 충분히 공감되는 일이다. 다만 미리 예측할 능력이 없을 뿐...
진종일 이상한 일들이 꼬리에 꼬리를 물고 일어나는 날이 있다. 사실 나는 머피의 법칙은 존재하지 않는다고 생각했는데 그날 하루를 돌아보면 쓴웃음밖에 나오지 않는다. 갑자기 건강 상에 문제가 생겨 하루 종일 몸과 마음이 불편한 데다 기타 등등의 일들이 끼어들어 마구 복잡해지기 시작했다. 심지어 결석이 잦았던 학생의 학부모가 수업을 중단한다는 전화에, 오래도록 계속 수업하기를 바랐던 성실한 학생의 학부모가 다른 학원과 시간이 맞지 않아 어쩔 수 없이 그만두게 되었다는 전화에... 하루의 끝 무렵, 이제는 좀 편안해졌으리라 생각하고 우편함에 손을 넣는 순간 웃음밖에 나오지 않았다. 불법 주정차 범칙금 납부 고지서가 들어있었다.
정말 그렇게 완벽한 날은 일부러라도 만들지 못할 거란 생각을 한다. 불운의 날에 도장이라도 찍는 것처럼 명징한 범칙금 고지서를 받고 그렇게 웃어본 적도 처음인 듯싶다.
상자 안 알파 입자와 고양이처럼... 삶의 우연한 순간 뜻하지 않은 일들이 일어날 때가 있다. 그러나 곰곰 생각해보면 거시적인 사건들은 우연의 결과라기보다는 잠재되어온 것들이 한꺼번에 발화된 것일 뿐이다. 사소한 일상이 뭉쳐 어느 날 문득 어떤 복잡한 상황을 야기시키는 방아쇠가 된 것이리라.
우주의 보이지 않는 신이 있다면 아마도 우리들 개개인을 사고 실험 대상으로 이용하고 있는지도 모르겠다. 슈뢰딩거 상자 안의 호모 사피엔스 사고 실험이라는 명칭 하에....
어떤 사피엔스는 알파 입자가 붕괴되지도 않았는데 이미 죽은 것처럼 살고 있었다거나... 또 어떤 사피엔스는 알파 입자가 붕괴되었어도 특유의 신념으로 반사해버린.... 기타 등등의 변수들이 존재할지 모른다. 호모 사피엔스를 사고 실험 대상으로 삼긴엔 너무 복잡하다는 것은 분명하다./ 려원
