상자에 갇힌 고양이의 운명은?

고양이 파라독스

물리학자 슈뢰딩거는 고양이를 상자 안에 두고 독가스를 뿜는 가스총을 설치해 뒀다.(동물보호단체의 저항이 무섭긴 하지만 생각으로만 하는 실험이니 양해를 바란다. 생각조차도 불순하다면 미안한 마음만 전할 밖에.) 가스총은 방사능 측정기와 연결되어 있다. 방사능 물질의 원자핵이 붕괴하면 방사능 측정기가 감지해 독가스를 내뿜는 가스총의 방아쇠가 당겨지도록 만들어 뒀다. 상상 속에서.

어떤 일이 일어날 법한 방식을 이해하는 데 도움을 얻기 위해 시나리오를 만들어 생각으로 실험을 진행하는 방식이 게당켄익스페리먼트(Gedankenexperiment ; 생각실험)다. 생각실험은 실제 실험이나 직접 관찰이 어려운 것을 논리적 생각으로 하는 것이다.

과학자들이 어떻게 문제를 던지고 어떻게 다루는지 함께 해 보자. 원자 수준의 미시세계에서 일어나는 현상을 설명하는 양자역학에 따르면, 원자핵은 붕괴된 상태와 붕괴되지 않은 상태에 존재할 수 있는 확률을 동시에 가지고 있다가 우리가 측정을 할 때 한 가지 상태를 보여준다. 방사능 물질이 붕괴했는지 아닌지를 알기 위해 고양이를 가둔 상자를 열면(‘측정’을 하면) 원자핵이 붕괴되어 방사능이 검출되고 가스총에서 독가스가 나와 고양이가 죽었거나, 원자핵이 붕괴되지 않아 살았거나 둘 중 한 가지 상태를 보여줄 것이다. 원자 세계에서 일어나는 일로 인해 고양이가 죽을 확률은 1/2이라는 것이다. 양자역학의 기준에 의하면 ‘측정’이라는 것을 하지 않으면 원자핵의 상태에 연결된 고양이는 살았거나 죽었거나 두 가지 상태를 동시에 가질 수 있다. 그러나 일단 고양이를 가둬 둔 상자를 열면, 즉 측정을 하면, 붕괴된 원자핵과 죽은 고양이 또는 붕괴되지 않은 원자핵과 산 고양이 두 가지 상태 중에서 한 가지를 보게 될 것이다. 고양이의 운명은 언제 결정되었을까? 과연 양자역학이 설명하는 것처럼 우리가 상자의 뚜껑을 여는 것과 동시에 원자핵의 상태가 정해지고 고양이의 삶과 죽음이 결정되었을까? 그 전에는 죽었기도 하고 살았기도 했을까? 문미옥/이화여대 와이즈거점센터 연구교수 [e-mail]

창의력 퀴즈 지난주 정답

한 변의 길이가 a인 정삼각형의 면적은 4분의 루트3 × a2이다. 즉, 직각삼각형의 세 변에 그려진 정삼각형은 4분의 루트3 × (a2+b2=c2)의 관계를 가진다. 원을 포함한 다른 정다각형도 면적의 변화에 따른 비율만 바뀌지 같은 관계를 가져 작은 두 면적의 합이 큰 면적이 된다. 정다각형뿐만 아니라 일반 도형이나 아무런 모양이라도 직각삼각형의 세 변에 닮은꼴의 모양만 그린다면 같은 방식의 관계가 이루어진다. 피타고라스 정리는 길이의 비를 일정하게 가지는 닮은꼴의 면적 사이의 관계를 말해 준다. 육각형으로 만든 피타고라스 퍼즐을 직접 오려 맞추어 보시라