슈뢰딩거의 고양이

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 기원과 의의
- 2.1. 사고 실험의 내용
- 2.2. 이중 슬릿 실험과의 연관성
3. 실험의 해석
4. 현대적 응용 및 확장
5. 한국 사회에 주는 함의
6. 비판적 시각
참조

1. 개요

슈뢰딩거의 고양이는 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 제안한 사고 실험으로, 양자역학의 불확정성을 비판하고 코펜하겐 해석의 모순을 드러내기 위해 고안되었다. 밀폐된 상자 안에 고양이, 방사성 물질, 가이거 계수기, 청산가리가 든 유리병, 망치를 넣고, 방사성 물질의 붕괴 여부에 따라 고양이의 생사가 결정되도록 설정한다. 양자역학에 따르면 관측 전까지 고양이는 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩되어 존재하지만, 상자를 열어 관측하는 순간 고양이의 상태가 결정된다는 역설적인 상황을 보여준다. 이 사고 실험은 양자역학의 해석 문제를 제기하며, 코펜하겐 해석, 다세계 해석, 앙상블 해석 등 다양한 해석을 통해 논의된다. 현대에는 양자 물리학의 기준으로 비교적 큰 물체의 중첩을 포함하는 실험에 응용되었으며, SF, 철학, 대중문화 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

더 읽어볼만한 페이지

에르빈 슈뢰딩거 - 슈뢰딩거 방정식
슈뢰딩거 방정식은 양자역학에서 시스템의 시간적 변화를 기술하는 기본 방정식으로, 파동 함수에 대한 편미분 방정식이며, 시스템의 총 에너지를 나타내는 해밀토니안 연산자를 포함하고, 양자 상태를 기술하며, 다양한 양자역학적 현상을 설명하는 데 사용된다.
에르빈 슈뢰딩거 - 슈뢰딩거 묘사
슈뢰딩거 묘사는 양자역학에서 상태 벡터가 시간에 따라 변하고 물리량 연산자는 변하지 않는 방식으로, 슈뢰딩거 방정식을 따르며 직관적이어서 교육에 널리 쓰이지만 복잡한 시스템에는 적용이 어려울 수 있다.
양자역학에 관한 사고 실험 - 위그너의 친구
위그너의 친구는 물리학자 유진 위그너가 제안한 사고 실험으로, 양자역학의 측정 문제와 의식의 역할을 탐구하며, 관찰자와 관찰 대상의 경계 및 파동 함수 붕괴에 대한 의문을 제기한다.
양자역학에 관한 사고 실험 - 일전자 우주
역설 - 모라벡의 역설
모라벡의 역설은 인간에게는 쉽지만 기계에게는 어려운 감각 운동 능력과, 인간에게는 어렵지만 기계에게는 쉬운 추상적 사고 능력 간의 역전 현상을 설명하며, 이는 인공지능 개발의 어려움과 새로운 접근 방식의 필요성을 시사한다.
역설 - 투표의 역설
투표의 역설은 다수결 투표에서 개인의 합리적 선호와 달리 집단 전체의 선호가 순환적인 형태를 띠어 사회적 선호가 이행성을 갖지 못하게 되는 현상으로, 선거 결과가 투표 절차에 따라 달라질 수 있고 스포일러 효과를 초래할 수 있다는 함의를 지닌다.

슈뢰딩거의 고양이
지도 정보
기본 정보
제목	슈뢰딩거의 고양이
원어 제목	Schrödinger's cat (영어), シュレーディンガーの猫 (일본어)
유형	사고 실험
분야	양자역학
고안자	에르빈 슈뢰딩거
발표일	1935년
실험 내용
내용	상자 안에 고양이, 방사성 물질, 망치, 독극물 병을 넣고, 방사성 물질이 붕괴하면 망치가 독극물 병을 깨뜨려 고양이가 죽게 되는 상황을 설정하는 사고 실험이다.
핵심 개념	양자 중첩 상태와 관측의 문제
문제점
거시적 세계	양자역학적 원리가 거시적 세계에 적용될 때 발생하는 모순을 보여준다.
관측자 문제	관측 행위가 양자 상태에 미치는 영향을 보여준다.
결정론적 해석	고전 물리학적 결정론과 양자역학적 확률론 사이의 괴리를 드러낸다.
해석 및 논란
코펜하겐 해석	관측 이전에는 고양이가 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩되어 있으며, 관측 시에 하나의 상태로 확정된다고 해석한다.
다세계 해석	관측 행위가 세계를 분리시켜, 고양이가 살아있는 세계와 죽어있는 세계가 동시에 존재한다고 해석한다.
객관적 붕괴 이론	양자 상태의 붕괴를 유발하는 물리적 메커니즘을 도입하여, 중첩 상태가 유지되는 한계를 설명하려 한다.
비판	사고 실험의 현실성에 대한 비판과 양자역학의 근본적인 해석에 대한 논쟁을 불러일으켰다.
관련 개념
관련 개념	양자 중첩, 양자 얽힘, 양자 비결정론, 관측자 효과
기타
참고 자료	The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory (스탠포드 철학 백과)

2. 기원과 의의

1921년부터 1926년까지 에르빈 슈뢰딩거가 거주했던 취리히 Huttenstrasse 9의 정원에 있는 실물 크기의 고양이 조형물. 조명 상태에 따라 살아있는 고양이 또는 죽은 고양이로 보인다.

슈뢰딩거의 고양이는 1935년 에르빈 슈뢰딩거가 발표한 사고 실험이다. 막스 보른이 파동방정식의 해(파동함수)가 확률을 뜻한다고 주장하자, 물리학에 불확정성이 도입된 것에 반발해 고안되었다. 코펜하겐 해석의 비상식적인 면을 비판하고자 하는 목적이었다.^[61]

이 실험은 양자역학의 특징을 설명하는 대표적인 예시로 사용된다. 양자역학에 따르면, 미시 세계의 사건은 관측 전까지 확률적으로만 계산 가능하며, 서로 다른 상태가 공존한다. 슈뢰딩거의 사고 실험은 미시적 사건이 거시 세계에 영향을 미칠 때 어떻게 되는가를 보여주는 패러독스이다.^[62]

1935년, 슈뢰딩거는 EPR 논문에 대한 논의로 자신의 사고 실험을 발표했다. EPR 논문은 아인슈타인, 포돌스키, 로젠의 이름을 따서 명명되었으며, 양자 중첩의 반직관적인 특성을 강조하고 양자 역학이 불완전하다고 주장했다.^[3]^[4]^[9]

슈뢰딩거와 아인슈타인은 EPR 논문에 대해 서신을 주고받았는데, 아인슈타인은 불안정한 화약통의 상태가 시간이 지나면 폭발한 상태와 폭발하지 않은 상태의 중첩을 포함하게 될 것이라고 지적했다.^[4]

슈뢰딩거는 거시적 시스템에서 중첩을 만드는 방법을 설명하며, 밀폐된 상자 안의 고양이 생사가 방사성 원자의 붕괴 여부에 달린 시나리오를 제안했다. 코펜하겐 해석에 따르면, 관찰 전까지 고양이는 '살아있고 죽어 있는 상태'를 모두 유지한다. 슈뢰딩거는 이 예시를 통해 기존 양자 역학 관점의 부조리를 보여주고자 했다.^[1]

이후 물리학자들은 다양한 양자 역학 해석을 제시했는데, 일부는 "살아 있고 죽어 있는" 고양이 중첩을 현실적인 것으로 간주한다.^[5]^[6] 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 양자 역학 해석의 시금석으로 남아, 현대적 해석들의 강점과 약점을 비교하는 데 사용된다.^[7]

슈뢰딩거는 파동 함수가 현실을 나타낼 수 없다는 결론을 보여주기 위해 이 실험을 제시했고,^[9] 아인슈타인은 이 실험이 문제를 부각하는 능력에 깊은 인상을 받았다.

뉴턴 이후의 고전물리학은 초기 조건이 결정되면 이후 물질의 상태와 운동이 모두 확정된다는 결정론적 관점을 가졌다. 양자론에서는 물리 법칙을 결정론적으로 설명하려면 숨은 변수가 필요했다.

19세기 말~20세기 초, 양자역학은 1926년 슈뢰딩거의 파동방정식과 슈뢰딩거 방정식을 통해 양자 상태를 확률적으로 정하는 수식을 발견했다. 이는 중요한 발견이었지만, 확률적 예측(비결정론)은 당시 물리학 사상에 반하는 것이었다. 슈뢰딩거 자신도 양자 상태를 결정론적으로 예측할 수 있으며, 이론이 미완성이라고 생각했다.^[44]

1927년 베르너 하이젠베르크는 불확정성 원리를 발표, 양자 상태가 불확정적/확률적이며, 사건이 중첩된 상태로 존재하고, 관측으로 사건이 수축되어 결과가 정해진다는 이론을 제시했다.^[44] 존 폰 노이만은 『양자역학의 수학적 기초』에서 숨은 변수 이론을 부정하고, 관측 시 관측 결과를 선택하는 투영 공준을 제창했다.

이러한 상황에서 1935년 슈뢰딩거의 사고 실험이 발표되었다.^[45]

2. 1. 사고 실험의 내용

밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리, 청산가리가 든 유리병, 방사성 물질 라듐, 방사능을 검출하는 가이거 계수기, 망치가 들어 있다. 상자는 외부와 차단되어 밖에서는 내부를 볼 수 없다. 라듐 핵이 붕괴하면 가이거 계수기가 이를 탐지하고, 망치가 유리병을 내려쳐 깨뜨려 청산가리가 유출된다. 청산가리를 마신 고양이는 죽게 된다.^[63] 라듐이 붕괴할 확률은 1시간 뒤 50%이다.

1시간 후 고양이는 죽었을까 살았을까? 양자역학에 따르면, 상자를 열어 관측하기 전까지 고양이는 '살아있는 상태'와 '죽은 상태'가 중첩된 상태로 존재한다. 이는 역설을 제기하기 위한 사고 실험이다.

슈뢰딩거는 1935년에 자신의 사고 실험을 EPR 논문에 대한 논의로 의도했다.^[3]^[4] EPR 논문은 양자 중첩의 반직관적인 특성을 부각했다.^[9]

슈뢰딩거와 아인슈타인은 아인슈타인의 EPR 논문에 대해 서신을 주고받았는데, 이 과정에서 아인슈타인은 불안정한 화약통의 상태가 시간이 지나면 폭발한 상태와 폭발하지 않은 상태의 중첩을 포함하게 될 것이라고 지적했다.^[4]

슈뢰딩거는 고양이가 밀폐된 강철 상자 안에 있는 시나리오를 제안했는데, 고양이의 생사는 방사성 원자가 붕괴하여 방사선을 방출했는지 여부에 달려 있다. 슈뢰딩거에 따르면, 코펜하겐 해석은 상태가 관찰될 때까지 ''고양이가 살아 있고 죽어 있는 상태 모두를 유지한다''고 의미한다. 슈뢰딩거는 죽었다 살아있는 고양이의 아이디어를 심각한 가능성으로 제시하려고 한 것이 아니라, 기존 양자 역학 관점의 부조리를 보여주기 위해 이 예시를 사용했고, 따라서 귀류법을 사용했다.^[1]

슈뢰딩거는 파동 함수가 현실을 나타낼 수 없다는 결론을 보여주기 위해 이 '꽤나 우스꽝스러운 경우'를 제시했다.^[9]

아인슈타인은 이 사고 실험이 이러한 문제를 부각하는 능력에 깊은 인상을 받았다. 1950년 슈뢰딩거에게 보낸 편지에서 그는 "당신은 라우에 외에 현실의 가정을 피할 수 없다는 것을 아는 유일한 현대 물리학자입니다. 정직하다면 말이죠. 그들 대부분은 실험적으로 확립된 것과는 독립적인 것으로서의 현실과 어떤 위험한 게임을 하고 있는지 전혀 알아채지 못합니다. 그러나 그들의 해석은 방사성 원자 + 증폭기 + 화약 + 상자 속 고양이 시스템에 의해 가장 우아하게 반박됩니다. 이 시스템의 ψ-함수에는 살아있는 고양이와 산산조각난 고양이가 모두 포함되어 있습니다. 고양이의 존재 여부가 관찰 행위와는 독립적인 것이라는 사실을 의심하는 사람은 아무도 없습니다."라고 적었다.^[10]

슈뢰딩거의 설정에서는 가이거 계수기를 증폭기로 사용하고 화약 대신 청산을 사용하기 때문에 화약은 언급되지 않았다. 화약은 15년 전 아인슈타인이 슈뢰딩거에게 처음 제안했을 때 언급되었고, 아인슈타인은 현재 논의까지 그것을 계속 가져왔다.^[4]

1935년, 슈뢰딩거는 독일 과학 잡지에 논문 「양자역학의 현재 상황에 관하여」를 발표하여, 투영 공준에서의 상태 벡터의 수축이 어느 단계에서 일어나는지가 불명확함으로써 발생하는 모순을 보였다.^[46]

실험 내용은 다음과 같다.

고양이와 방사성 원소가 있는 밀폐된 강철 상자 안에서, 방사성 원소의 1시간당 원자의 방사성 붕괴 확률을 50%로 하고, 가이거 계수관이 원자 붕괴를 감지하면 전기적으로 고양이가 죽는 장치를 한다. 1시간 경과 시점에서 원자의 상태를 나타내는 함수는 '원자가 방사선을 방출했다'는 상태와 '방사선을 방출하지 않았다'는 두 가지 상태가 50%씩 중첩된 것으로 표현된다. 그 결과, 고양이의 생사는 '방사선이 방출되었으므로 고양이가 죽었다'는 상태와 '방사선이 방출되지 않았으므로 고양이는 살아있다'라는 상태가 50%씩 중첩된다. 즉, 상자 안에서는 상자를 열어 확인할 때까지 고양이가 죽은 상태와 살아있는 상태가 중첩된다.

슈뢰딩거는 이것을 가지고 양자역학적 기술은 미완성이라고 주장했다.^[47]

관측자가 상자를 열 때까지 고양이의 생사는 결정되어 있지 않다.^[45] 원자가 언제 붕괴하는지는 양자역학적으로는 확률적으로만 설명할 수 없다. 관측자가 볼 때까지, 상자 안의 원자가 붕괴하고 있는 사건과 붕괴하고 있지 않은 사건은 겹쳐서 존재하고 있다. 관측자가 확인한 순간 사건이 수축하여 결과가 정해진다. 슈뢰딩거는 이것을 '고양이의 생사'라는 사건에 연결하여, '관측자가 상자 안의 내용을 확인할 때까지 고양이의 생사는 확정되어 있지 않고(비결정), 관측자가 뚜껑을 열어 안을 확인했을 때 처음으로 사건이 수축하여, 그에 따라 고양이의 생사가 결정된다. 상자를 열 때까지는, 살아있는 고양이의 상태와 죽은 고양이의 상태가 겹쳐서 존재한다'는 의미로 해석하고^[45], '미시 세계의 특수성'을 전제로 한 양자역학자들의 설명에 대해, '거시적 사건'을 전개함으로써 '양자역학의 확률 해석'이 잘못되었다는 것을 증명하려고 했다.^[45]

2. 2. 이중 슬릿 실험과의 연관성

이중 슬릿 실험에서 전자는 입자와 파동의 성질을 동시에 가지며, 관측 전에는 확률적으로 모든 가능한 경로에 동시에 존재한다. 즉, 하나의 전자가 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 현상이 나타난다.^[64]^[65]

슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 이러한 이중 슬릿 실험의 결과를 거시 세계로 확장한 것이다. 슈뢰딩거의 고양이는 (파동함수를 따르는 한) 있을 수 있는 모든 상태로 동시에 존재하며, 이는 고양이가 관측 전까지 여러 상태로 중첩되어 존재한다는 것을 의미한다.^[66]

이는 양자역학의 확률론적 해석과 인식론적 문제가 거시 세계에서도 발생할 수 있음을 시사한다. 즉, 미시 세계에서의 양자 중첩 현상이 거시 세계의 고양이에게도 적용될 수 있다는 것이다.

3. 실험의 해석

슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 양자역학의 해석 문제를 제기하며, 이에 대한 다양한 해석들이 제시되었다. 이 실험은 1935년 에르빈 슈뢰딩거가 EPR 논문에 대한 논의로 제안했으며, 알베르트 아인슈타인, 보리스 포돌스키, 나탄 로젠의 이름을 따서 명명되었다.^[3]^[4]

슈뢰딩거는 아인슈타인과의 서신 교환 과정에서 이 사고 실험을 고안했다. 아인슈타인은 불안정한 화약통의 상태가 시간이 지나면 폭발한 상태와 폭발하지 않은 상태의 중첩을 포함하게 될 것이라고 지적했고,^[4] 슈뢰딩거는 거시적 시스템에서 중첩 상태에 있는 양자 입자에 의존하도록 함으로써 대규모 시스템에서 중첩을 만들 수 있는 방법을 설명했다.

이 실험은 "양자 시스템이 언제 상태의 중첩으로 존재하는 것을 멈추고 하나 또는 다른 상태가 되는가?"라는 측정 문제를 제기한다.^[11]^[12] 양자 이론은 고양이 시스템을 두 가지 가능한 결과의 조합으로 설명하지만, 관측되는 결과는 하나뿐이다.

슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 양자 역학에 대한 현대적 해석의 시금석으로 남아 있으며, 현대적 해석들의 강점과 약점을 설명하고 비교하는 데 사용될 수 있다.^[7] 여러 해석들은 중첩이 얼마나 오래 지속되고 언제 붕괴되는지에 대한 서로 다른 답을 제시한다.

폰 노이만-위그너 해석에서는 의식적인 관찰자가 파동 함수를 붕괴시킨다고 주장한다.^[14] 존 폰 노이만은 의식적인 관찰자가 다중일 수 없다는 점을 들어, 파동 함수의 우변에 있는 항들 중 하나(살아있는 고양이 또는 죽은 고양이)로 붕괴되려면 의식적인 관찰자가 필요하다고 주장했다. 유진 위그너는 위그너의 친구 사고 실험을 통해 이 해석을 발전시켰지만, 후에 이 해석을 거부했다.^[16]

닐스 보어는 측정 결과의 고전적 성격을 강조하며, "비가역적" 또는 실질적으로 비가역적인 과정이 "관찰" 또는 "측정"의 고전적 행동을 부여한다고 보았다.^[22]^[23]^[24]

현장의 물리학자들은 양자역학과 별개로 거시적인 가측량이 항상 명확한 값을 유지하는 원리를 받아들여, 측정이 언제 일어나야 하는지를 도출하고, 그 결과 파동 함수의 붕괴는 거시적인 중첩이 예상되는 직전에 일어나야 한다는 입장을 취한다.^[47]^[48]

3. 1. 코펜하겐 해석

코펜하겐 해석은 양자역학에서 가장 널리 받아들여지는 해석 중 하나이다.^[13] 이 해석에 따르면, 슈뢰딩거의 고양이 실험에서 관측자가 상자를 여는 순간 고양이의 상태가 '살아있음' 또는 '죽음' 중 하나로 확정된다.^[9] 이는 관측 행위가 대상의 상태를 결정한다는 것을 의미하며, '파동 함수의 붕괴'라는 개념으로 설명된다. 즉, 상자를 열기 전에는 고양이가 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩되어 있지만, 관측하는 순간 하나의 상태로 고정된다는 것이다.

하지만 코펜하겐 해석은 '관측'의 정의와 '파동함수 붕괴'의 메커니즘에 대한 명확한 설명을 제공하지 못한다는 비판을 받는다.^[67] 예를 들어, 닐스 보어는 관측자에 의해 파동함수가 붕괴한다는 생각을 사용하지 않고, 측정 장치와 대상 사이의 상호 작용, 그리고 그 상호 작용의 비가역성을 강조했다.^[49] 보어에게는 상자를 열기 전부터 고양이는 이미 살아있거나 죽어있는 상태 중 하나이며, 중첩 상태가 아니었다.^[49]^[50]

존 폰 노이만은 그의 저서 『양자역학의 수학적 기초』에서 실험계와 측정 측의 경계를 어디에든 둘 수 있다고 주장했다.^[51] 양자측정이론에서는, 이상적인 측정으로 간주할 수 있는 경계(하이젠베르크 절단)까지는 관측 장치도 양자론을 따르는 계의 일부로 취급하고, 그 이후의 측정계는 투영 공준에 의해 차단될 수 있다고 여겨진다.^[52]^[53]^[46] 와타나베 테츠페이는 고양이의 운명이 알파 입자와 가이거 계수기의 상호 작용이 종료되는 시점에 결정된다고 주장한다.^[46]

결론적으로, 코펜하겐 해석은 양자역학의 현상을 설명하는 유용한 도구이지만, 여전히 '관측'과 '파동함수 붕괴'에 대한 근본적인 질문은 남아있다.

3. 2. 다세계 해석 (평행 우주론)

휴 에버렛이 1957년에 제시한 다세계 해석은 관측을 특별한 과정으로 구분하지 않는다.^[25]^[26] 이 해석에 따르면, 상자를 열어도 고양이의 생사 상태는 모두 유지되지만, 서로 얽힘 해소된다. 즉, 상자를 열면 관찰자는 죽은 고양이를 보는 관찰자와 살아있는 고양이를 보는 관찰자로 분리된다. 그러나 죽은 상태와 살아있는 상태는 얽힘이 해소되었으므로 서로 통신하거나 상호 작용하지 않는다.

다세계 해석에 따른 양자역학적 "슈뢰딩거의 고양이" 역설. 이 해석에서는 모든 사건이 분기점이며, 상자를 열었는지 여부와 관계없이 고양이는 살아있고 죽어있다. 하지만 "살아있는" 고양이와 "죽은" 고양이는 서로 상호 작용할 수 없지만 동등하게 실재하는 우주의 서로 다른 가지에 존재한다.

상자를 열 때 관찰자는 고양이와 얽히게 되어, 고양이의 생사 상태에 해당하는 "관찰자 상태"가 형성된다. 각 관찰자 상태는 얽혀 있어 고양이의 상태 관찰과 고양이의 상태가 일치한다. 양자 얽힘 해소는 서로 다른 결과가 상호 작용하지 않도록 하며, 일반적으로 여러 상태를 동시에 관찰하는 것을 방지하는 것으로 간주된다.^[25]^[26]

입자 검출기가 반응하는 동시에 탈결맞음이 발생하여 고양이의 생사가 결정된다. 탈결맞음은 다세계 해석에 도입되어, 고양이의 생사 중첩 상태가 다른 세계로 분기된다고 볼 수 있다.^[54] 한 세계의 관찰자는 살아있는 고양이를, 다른 세계의 관찰자는 죽은 고양이를 본다.

맥스 테그마크는 양자 자살 기계를 통해 슈뢰딩거의 고양이 실험을 고양이 관점에서 검토하여, 코펜하겐 해석과 다세계 해석을 구분할 수 있다고 주장했다.

다세계 해석은 상대적 상태 방정식과 양자 탈결맞음(量子デコヒーレンス)으로 구성되지만, 이 사고 실험의 문제를 해결하는 것은 양자 탈결맞음이다. 상대적 상태 방정식에는 투영 가설(射影仮説)에 해당하는 부분이 없으므로, 투영 가설과 관련된 이 사고 실험의 문제는 해결할 수 없다.

3. 3. 앙상블 해석

앙상블 해석은 양자 물리학의 확률을 통계적으로 해석한다. 예를 들어 방사성 원소와 고양이가 든 상자가 1억 개 있을 때, 한 시간 후 그중 5,000만 상자의 고양이는 살아 있고 나머지 5,000만 상자 속의 고양이는 죽어 있다고 본다. 이는 고양이 한 마리가 죽은 상태와 살아 있는 상태가 중첩된 것이 아니라, 많은 고양이가 같은 상태에 있을 때 그중 절반은 죽어 있고 절반은 살아 있다는 것을 의미한다.^[69]

전자와 같은 작은 입자들에도 앙상블 해석을 적용하면, 확률함수는 전자가 여러 에너지 상태로 중첩된 것이 아니라, 수많은 전자가 여러 상태에 있을 확률을 나타낸다고 설명할 수 있다. 광자의 경우에도, 광자가 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 것이 아니라 수많은 광자 중 절반이 한 슬릿을, 나머지 절반이 다른 슬릿을 통과한다고 설명한다.^[69]

아인슈타인은 앙상블 이론을 발전시켜 숨은 변수이론을 제안했다. 그는 양자 물리학에서 입자 하나의 상태를 알 수 없는 것은 입자의 상태를 결정하는 변수를 우리가 다 알지 못하기 때문이며, 이 숨은 변수를 알게 되면 양자물리학도 결정론적으로 기술할 수 있다고 주장했다.^[69]

그러나 앙상블 해석은 양자물리학이 개별 입자의 물리적 상태를 수학적으로 기술할 수 없다는 것을 인정하는 셈이다. 코펜하겐 해석을 지지하는 과학자들은 양자물리학에는 파동함수 외에 다른 변수가 존재하지 않으며, 물리적 실재가 따로 존재하는 것이 아니라고 반박했다.^[69] 앙상블 해석은 중첩이 더 큰 통계적 앙상블의 부분 집합일 뿐이라고 말하며, 상태 벡터는 개별 실험이 아닌 유사하게 준비된 많은 실험의 통계에만 적용된다고 본다. 이 해석은 양자 역학에서 단일 물리적 시스템이 그것에 대응하는 수학적 설명을 갖는다는 생각을 버리는 역할을 한다.^[27]

3. 4. 객관적 붕괴 이론

객관적 붕괴 이론(자발적 붕괴 이론)에서는 관측과 무관하게 파동함수가 붕괴한다. 개별 입자의 상태가 붕괴하는 것은 매우 드물지만, 많은 입자가 모이면 순간적으로 붕괴가 일어난다. 따라서 거시적인 물체의 중첩은 발생하지 않는다. 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험에 적용하면, 입자 검출기 단계에서 파동함수가 붕괴하기 때문에 고양이의 중첩 상태는 발생하지 않는다.^[1]

4. 현대적 응용 및 확장

슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 순전히 이론적이지만, 이와 유사한 원리를 이용한 여러 실험들이 실제로 수행되어 양자 중첩 현상을 검증하고 있다.^[32] 이러한 실험들은 "슈뢰딩거 고양이 상태"의 상한선을 끌어올렸지만, 고양이 크기의 물체가 중첩될 수 있음을 보여주지는 못했다.^[32]

| 종류 | 내용 | 비고 |

| :----------------------------------- | :----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | :------- |

| 광자 | 광자를 이용하여 "슈뢰딩거 고양이 상태"를 달성했다.^[33] | |

| 베릴륨 이온 | 베릴륨 이온을 중첩 상태로 포획했다.^[34] | |

| 초전도 양자 간섭 장치(SQUID) | 초전도 양자 간섭 장치(SQUID)를 이용한 실험은 이 사고 실험과 관련이 깊다. "중첩 상태는 10억 개의 전자가 한쪽으로 흐르고 다른 10억 개의 전자가 다른 쪽으로 흐르는 것에 해당하지 않는다. 초전도 전자는 집단적으로 움직인다. SQUID의 모든 초전도 전자는 슈뢰딩거 고양이 상태에 있을 때 루프를 따라 동시에 양방향으로 흐른다."^[35] | |

| 압전 "소리굽쇠" | 진동하거나 진동하지 않는 상태의 중첩에 놓일 수 있는 압전 "소리굽쇠"가 제작되었다. 이 공진기는 약 10조 개의 원자로 구성된다.^[36] | |

| 인플루엔자 바이러스 | 인플루엔자 바이러스를 포함한 실험이 제안되었다.^[37] | 제안 단계 |

| 박테리아와 전기 기계적 진동자 | 박테리아와 전기 기계적 진동자를 포함한 실험이 제안되었다.^[38] | 제안 단계 |

양자 컴퓨팅에서 "슈뢰딩거 고양이 상태"는 여러 큐비트가 모두 0인 상태와 모두 1인 상태의 동일한 중첩에 있는 GHZ 상태를 가리키기도 한다.

한편, 슈뢰딩거의 고양이 실험을 확장한 사고 실험들도 제안되었다. 맥스 테그마크는 고양이의 관점에서 실험을 검토하는 양자 자살 기계를 제안하여 코펜하겐 해석과 다세계 해석을 구분할 수 있다고 주장했다. 관계적 해석에서는 인간 실험자, 고양이, 기구 사이에 근본적인 차이를 두지 않고, 모두 동일한 양자 시스템으로 간주하며, 서로 다른 관찰자가 동일한 사건에 대해 서로 다른 설명을 할 수 있다고 본다.

5. 한국 사회에 주는 함의

이 사고 실험은 철학에서 과학철학과 마음의 철학 분야와 관련하여 자주 논의된다.^[55] 과학철학에서는 양자역학의 이론적 틀이 기존 과학철학에 기반한 정의와 부합하지 않는다는 점을 지적할 때 이 사고 실험을 인용한다. 마음의 철학에서는 마음의 인과 작용("물리 영역의 인과적 폐쇄성" 참조)을 논의할 때 양자역학의 확률 과정이 문제가 되는 경우를 다룬다.^[56]

6. 비판적 시각

슈뢰딩거의 고양이 사고 실험은 양자역학의 해석, 특히 측정 문제에 대한 비판적인 시각을 제시한다. 이 실험은 양자 이론이 고양이 시스템을 두 가지 가능한 결과(삶과 죽음)의 조합으로 설명하지만, 실제 관측에서는 하나의 결과만 나타난다는 점을 지적한다.^[11]

이 실험은 "양자 시스템이 언제 상태의 중첩으로 존재하는 것을 멈추고 하나 또는 다른 상태가 되는가?"라는 질문을 제기한다.^[12] 우리의 직관은 고양이가 동시에 두 가지 상태에 있을 수 없다고 말하지만, 양자역학적 설명은 그러한 조건을 필요로 한다.

코펜하겐 해석은 양자역학에 대한 널리 받아들여지는 해석 중 하나이지만,^[13] 이 사고 실험은 코펜하겐 해석이 상자가 닫혀 있는 동안 고양이의 상태에 대한 설명을 제공하지 않는다는 점을 명확히 보여준다.^[9] 즉, 관찰할 때만 고양이의 상태를 알 수 있다는 것이다.

아인슈타인은 슈뢰딩거에게 보낸 편지에서 대부분의 물리학자들이 현실과 실험적으로 확립된 것 사이의 위험한 게임을 인지하지 못한다고 비판했다.^[9]^[10] 그는 방사성 원자, 증폭기, 화약, 상자 속 고양이 시스템을 통해 이러한 해석이 가장 우아하게 반박된다고 주장했다.^[10]

슈뢰딩거는 자신의 사고 실험이 파동 함수가 현실을 나타낼 수 없다는 결론을 보여주기 위한 '꽤나 우스꽝스러운 경우'라고 설명했다.^[9] 그는 강철 상자 안에 고양이와 가이거 계수기, 청산이 든 플라스크를 넣는 장치를 제시했다.^[1]^[8] 그는 이 시스템을 통해 원자 영역의 불확정성이 거시적인 불확정성으로 바뀌어 직접 관찰을 통해 해결될 수 있다고 설명했다.^[1]^[8]

참조

_[1] 논문 Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The Present Situation in Quantum Mechanics) 1935-11-00
_[2] 웹사이트 The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory https://plato.stanfo[...] 2020-06-11
_[3] 논문 Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? http://prola.aps.org[...] 1935
_[4] 백과사전 The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory https://plato.stanfo[...] Stanford University 2017-00-00
_[5] 서적 The Quantum World https://books.google[...] Princeton University Press 1985-00-00
_[6] 서적 Understanding Information and Computation: From Einstein to Web Science https://books.google[...] Gower Publishing, Ltd. 2012-00-00
_[7] arXiv Interpretation of quantum theory - An overview 2007-00-00
_[8] 논문 The Present Situation in Quantum Mechanics: A Translation of Schrödinger's "Cat Paradox" Paper 1980-00-00
_[9] 서적 The quantum story: a history in 40 moments Oxford Univ. Press 2013-00-00
_[10] 논문 Induction and Scientific Realism: Einstein versus van Fraassen Part Three: Einstein, Aim-Oriented Empiricism and the Discovery of Special and General Relativity 1993-01-01
_[11] 논문 Schrödinger's immortal cat http://link.springer[...] 1988-01-00
_[12] 논문 Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics https://link.aps.org[...] 2005-02-23
_[13] 서적 Quantum physics & observed reality: a critical interpretation of quantum mechanics https://books.google[...] World Scientific
_[14] 서적 Tales of the Quantum: Understanding Physics' Most Fundamental Theory https://books.google[...] Oxford University Press 2017-00-00
_[15] 서적 Understanding Quantum Mechanics https://books.google[...] Princeton University Press 1999-00-00
_[16] 서적 Surfing the Quantum World https://books.google[...] Oxford University Press 2017-00-00
_[17] 서적 Non-Relativistic Quantum Mechanics https://books.google[...] Cambridge University Press 2017-00-00
_[18] 논문 The death of Schrödinger's cat and of consciousness-based wave-function collapse http://www.ensmp.fr/[...]
_[19] 논문 How to Back up or Refute Quantum Theories of Consciousness
_[20] 백과사전 Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics http://plato.stanfor[...] The Metaphysics Research Lab Center for the Study of Language and Information, Stanford University 2008-01-24
_[21] 논문 Against 'measurement'
_[22] 서적 Foundations of Quantum Physics I (1926-1932) https://www.nbarchiv[...] 1985-00-00
_[23] 서적 Quantum Optics, Experimental Gravitation, and Measurement Theory Plenum Press
_[24] 논문 Classical motion of meter variables in the quantum theory of measurement 1993-04-01
_[25] 논문 Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical
_[26] 간행물 Decoherence and the transition from quantum to classical
_[27] 논문 A real ensemble interpretation of quantum mechanics 2012-10-00
_[28] 논문 Relational Quantum Mechanics
_[29] 논문 The transactional interpretation of quantum mechanics https://www.research[...] Reviews of Modern Physics 1986-07-00
_[30] 논문 Benefits of Objective Collapse Models for Cosmology and Quantum Gravity 2014-02-01
_[31] 논문 Large energy superpositions via Rydberg dressing http://dx.doi.org/10[...] 2016-08-11
_[32] 웹사이트 What is the world's biggest Schrodinger cat? http://physics.stack[...]
_[33] 웹사이트 Schrödinger's Cat Now Made Of Light http://www.science20[...] 2014-08-27
_[34] 논문 A "Schrödinger's cat" Superposition State of an Atom 1996-05-24
_[35] 웹사이트 Physics World: Schrödinger's cat comes into view https://physicsworld[...] 2000-07-05
_[36] 웹사이트 Macro-Weirdness: "Quantum Microphone" Puts Naked-Eye Object in 2 Places at Once: A new device tests the limits of Schrödinger's cat http://www.scientifi[...]
_[37] 논문 Toward Quantum Superposition of Living Organisms
_[38] 웹사이트 Could 'Schrödinger's bacterium' be placed in a quantum superposition? http://physicsworld.[...]
_[39] 뉴스 Physicists Can Finally Peek at Schrödinger's Cat Without Killing It Forever https://www.livescie[...] Live Science 2019-11-07
_[40] 논문 The role of system–meter entanglement in controlling the resolution and decoherence of quantum measurements
_[41] 뉴스 This Twist on Schrödinger's Cat Paradox Has Major Implications for Quantum Theory - A laboratory demonstration of the classic "Wigner's friend" thought experiment could overturn cherished assumptions about reality https://www.scientif[...] Scientific American 2020-08-17
_[42] 뉴스 Quantum paradox points to shaky foundations of reality https://www.science.[...] Science Magazine 2020-08-17
_[43] 논문 A strong no-go theorem on the Wigner's friend paradox 2020-08-17
_[44] 서적
_[45] 서적
_[46] 서적 量子という謎量子力学の哲学入門勁草書房
_[47] 서적 量子力学の哲学
_[48] 논문 A philosopher looks at quantum mechanics
_[49] 백과사전 Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics http://plato.stanfor[...] The Metaphysics Research Lab Center for the Study of Language and Information, Stanford University 2019-12-06
_[50] 서적 20世紀物理学史【上巻】―理論・実験・社会名古屋大学出版会
_[51] 서적 量子力学の数学的基礎みすず書房 1957-11-15
_[52] 문서 Modern Theory of Quantum Measurement and its Applications https://as2.c.u-toky[...] 東京大学大学院
_[53] 문서 量子測定の原理とその問題点 https://as2.c.u-toky[...] 2002-07
_[54] 서적 量子力学の奥深くに隠されたもの　コペンハーゲン解釈から多世界理論へ青土社
_[55] 서적 量子力学観測と解釈問題海鳴社
_[56] 서적 意識する心
_[57] 웹사이트 How Schrödinger’s Cat Got Famous https://nautil.us/ho[...] NautilusNext 2024-06-05
_[58] 웹사이트 長編「シュレーディンガーの猫を追って」仏作家・フィリップ・フォレストさん喪失の痛みと生きる https://www.sankei.c[...] 産経新聞社 2017-11-15
_[59] 뉴스 （扉）シュレーディンガーの猫、エンタメ彩るありえた世界は「今を変える希望」：朝日新聞デジタル https://www.asahi.co[...] 朝日新聞社 2021-05-30
_[60] 논문 Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik (The present situation in quantum mechanics) 1935-11
_[61] 서적 In Search of Schrodinger's Cat: Quantum Physics And Reality https://books.google[...] Random House Publishing Group 2011
_[62] 서적 슈뢰딩거의 고양이: 양자 물리학 입문 자음과 모음 2010
_[63] 웹사이트 Schroedinger: "The Present Situation in Quantum Mechanics." 5. Are the Variables Really Blurred? http://www.tuhh.de/r[...] 2012-11-03
_[64] 웹사이트 Schrodingers Cat Now Made of Light http://www.science20[...]
_[65] 논문 광학적 슈뢰딩거의 고양이 : 광학에서의 양자 중첩 상태 1993-06
_[66] 논문 측정에 대한 새로운 접근과 슈뢰딩거의 고양이: 스테른 겔락의 실험을 통한 정당화 2009
_[67] 웹사이트 Copenhagen Interpretation of Quantum Mechanics http://plato.stanfor[...] The Metaphysics Research Lab Center for the Study of Language and Information, Stanford University 2008-01-24
_[68] 논문 Relative State Formulation of Quantum Mechanics
_[69] 논문 The quantum state cannot be interpreted statistically http://arxiv.org/abs[...]