[오피니언] 슈뢰딩거의 고양이

상자 안에 고양이가 있다. 고양이와 함께 시안산(청산가리) 병, 방사성물질의 원자 하나를 넣어 둔다. 그 원자가 한 시간 안에 붕괴되면 병이 깨져 고양이가 시안산에 중독 돼 죽는다. 원자가 그대로 있으면 고양이는 살아남는다. 상자 안에서 어떤 일이 일어날지 모르기 때문에 고양이는 살아 있으면서도 죽은 상태다. 이것이 양자역학 권위자로 노벨 물리학상을 받은 에어빈 슈뢰딩거가 제기한 고양이 패러독스다.

살아 있기도 하고 죽기도 한 고양이는 미시세계에서 양자가 중첩()된 상태다. 슈뢰딩거는 그런 고양이는 존재할 수 없다고 설명하기 위해 이런 사고()실험을 제안했다. 기존의 양자역학에서는 입자()는 파동성()이 있으므로 한 시점에 한곳에만 있는 것이 아니라 여러 곳에 존재할 수 있다고 보았다. 하지만 슈뢰딩거는 고양이는 반드시 살아 있거나 죽은 상태, 둘 중 하나이므로 입자는 여러 곳에 퍼져 있을 수 없다고 주장했다.

이런 복잡한 논란이 벌어진 것은 전자의 이상한 특성 때문이다. 요즘엔 중학생만 돼도 아는 사실이지만 전자는 입자와 파동의 두 가지 성질을 띤다. 전자는 평소엔 파동 형태로 존재하지만 관찰자가 눈으로 관찰할 때는 입자로 바뀐다. 그래서 양자이론에선 세상은 관찰자의 개입에 따라 확률적으로 존재하며 여러 차원의 세상이 존재할 수 있다고 본다. 또 다른 내가 다른 시공간에 살고 있다는 SF영화가 이런 배경에서 탄생하는 것이다.

호주 퀸즐랜드대 연구원인 정현석 박사가 프랑스 연구진과 함께 사고실험에만 있던 슈뢰딩거의 고양이를 만들어 냈다. 연구진은 광자()들을 생성시킨 뒤 광자 빔을 둘로 나누고 한쪽에 특별한 광학적 조치를 가해 다른 한쪽에 광자가 나타나도록 했다. 과학전문지 네이처에 실린 이 논문에 과학계는 미시세계의 양자 중첩이 거시세계에서 가능함을 입증했다며 환호하고 있다. 상대성이론과 함께 현대물리학의 한 축을 이루는 양자역학의 근본원리를 한국인이 풀어냈다는 사실이 자랑스럽다.

정 성 희 논설위원 shchung@donga.com