다시 슈뢰딩거의 고양이 실험을 떠올려보자. 이론적으로 고양이를 이중슬릿에 던져 스크린에 도달할 때까지 누구도 관측하지 않으면 고양이는 파동성을 보인다.

고양이를 관측하지 않는다는 것은 무슨 의미일까? 사람 관측자가 고양이의 생사를 확인하지 않으면 된다는 건가? 이를 설명하기 위해서는 '관측'의 개념을 이해해야 한다.

사람의 입장에서는 스크린을 확인하기 전까지 고양이가 중첩 상태로 존재한다고 생각할 수 있다. 문제는 역시 고양이다. 고양이가 슈뢰딩거가 가정한 독이 든 상자 안에 있든, 이중슬릿에 던져졌든 거시세계에 존재하는 고양이는 이미 원자와 상호작용을 한 상태다. 따라서 고양이는 살아있거나 죽어있는 중첩 상태로 존재할 수 없다.

관측은 세상과 물질의 상호작용을 의미한다. 우리가 살고 있는 우주라는 시스템이 고양이와 원자의 상호작용을 계산하면 그 순간 관측이 일어나는 것이다.

양자역학에서 사용하는 용어로 이 현상을 다시 설명해보자.


전자는 파동처럼 행동하고 파동함수로 표현된다. 파동은 양자 역학의 가장 근본적인 성질인 '간섭'을 일으킨다. 바로 이 간섭을 하게 하는 양자 상태를 '결맞음(Coherence)', 간섭 상태가 외부의 상호작용으로 깨지고 양자적인 특성을 잃어버리는 과정을 '결어긋남(Decoherence)'이라고 표현한다.

산 고양이와 죽은 고양이가 공존하기 위해서는 두 상태의 파동함수가 결맞음 상태로 존재해야 한다. 그러나, 현실 세계에서 고양이는 주변의 공기 분자와 끊임없이 상호작용을 하기 때문에 파동함수는 붕괴된다. 즉, 우리가 상자를 열고 고양이의 생사를 확인하는 것과 상관없이, 고양이와 공기 분자는 결어긋남 상태가 돼 상자 안의 중첩 상태는 깨질 수밖에 없다.

차진희 기자 postmoneynews@gmail.com