양자 역학의 곤혹함, 불확실성 원리, 슈뢰딩거의 고양이를 당신도 이해할 수 있습니다

양자 역학은 이미 현대 물리학의 기본 분야 중 하나이며 그 영향력은 점점 더 커지고 있습니다. 엄청난 영향력은 사람들로 하여금 그것을 이해하도록 만들지만 양자 세계의 여러 기이한 현상은 평범한 사람들이 생각하는 논리에 도전합니다. 심지어 많은 물리학 애호가들 조차도 혼란스러워 합니다. 이에 대해 보어는 다음과 같이 말했습니다. 만약 양자 물리학을 처음 들었을 때 혼란스럽지 않다면, 그는 그것을 이해하지 못했을 것입니다.
  슈뢰딩거의 고양이는 사람들이 양자 세계를 이해하도록 돕는 사고 실험에 불과 합니다. 슈뢰딩거의 고양이는 1935 년 물리학자 슈뢰딩거가 제안한 사고 실험입니다. 사람들은 미시 세계의 다양한 현상에 대해 혼란스러워 하기 때문에 슈뢰딩거는 거시 세계에서 더 쉽게 이해할 수 있는 예제를 통해서 미시 세계의 혼란을 설명했습니다.
 
그 실험은 다음과 같습니다.
투명하지 않은 상자에 고양이를 넣고 동시에 약간의 방사성 물질을 넣습니다. 독병 위에는 망치가 있습니다. 망치는 전자 스위치로 제어되고 전자 스위치는 방사성 원자로 제어됩니다. 이 방사성 원자가 붕괴되어 망치를 내려 놓을 확률은 50% 입니다. 그리고 고양이를 죽이기 위해 유독 가스를 방출하는 동시에 방사성 원자가 붕괴되지 않고 고양이가 생존할 확률은 50% 입니다. 방사성 원자의 붕괴 여부는 완전히 무작위입니다. 슈뢰딩거의 고양이
 
이 실험을 이해하는 데는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 보통 사람들의 사유 방식이고 또 다른 하나는 양자 중첩의 사유 방식입니다.
 
우선, 평범한 사람들은 이런 실험을 아직도 해야 하냐고 물어 올 것입니다. 상자를 열지 않더라도 고양이는 죽었거나 혹은 살아 있다는 것을 알 수 있는데, 그 결과는 오직 하나뿐입니다. 실제 결과는 상자를 개봉한 후에 만 ​​확인할 수 있습니다. 당신도 이 순간에 그렇게 생각할 것이라고 나는 생각합니다. 왜냐하면 그것은 우리의 사유 관성과 너무나 부합되기 때문입니다!
 
그러나 양자 세계에서는 사람들이 생각하는 것과는 다릅니다. 상자에 뚜껑이 있기 때문에 내부 세계는 봉쇄된 시스템입니다. 상자를 열지 않고 관찰을 하는 한 내부의 상황은 영원히 알 수 없으며 고양이의 생사는 중첩 상태가 됩니다. 즉, 고양이는 살아 있으면서 죽어 있다는 두 가지 결과의 중첩입니다. 그것은 단지 죽었거나 혹은 살아 남아 있는 하나의 결과만을 말하는 것이 아닙니다. 
 
슈뢰딩거의 고양이는 결국 사고 실험에 불과하며 구체적으로는 양자 세계의 실제 상황을 봐야 합니다. 양자 세계에서 입자의 움직임은 바로 파동이고 동시에 입자 상태입니다. 이런 두 상태가 동시에 존재한다는 것은 파동 입자 이중성의 발현 일뿐만 아니라 동시에 슈뢰딩거 고양이의 중첩된 발현입니다. 예를 들어, 우리는 모두 탁구를 쳐봤을 겁니다. 또한 탁구가 어떤 운동인지 보았을 겁니다. 탁구공은 위아래로 진동할 뿐 아니라 전진 운동을 합니다.  사진 속 탁구 공의 실제 움직임은 마치 양자 세계에서 입자 운동의 파동 입자 이중성과 같습니다. 즉, 상하로 진동하며 또한 전진 운동을 하는데 그 운동 궤적은 파동을 치고 있습니다. 동시에 탁구 공은 실재하는 물체이며 여기서는 “입자”라고 이해해도 됩니다. 따라서 탁구 운동 과정에서 공은 입자이며 동시에 파동의 전진 운동 입니다. 탁구 공이 운동 과정에서 입자가 아니면 파동이라고는 말할 수 없습니다. 
그것은 입자이면서 동시에 파동인 두 가지 상태의 중첩입니다. 그리고 슈뢰딩거에 대해서 우리처럼 평범한 사람들은 잘못된 이해를 하고 있습니다. 마치 탁구공의 운동은 입자 혹은 파동 중 하나의 상태라고 말하는 것입니다. 그런데 이것은 잘못된 생각입니다. 양자 세계 중의 입자 운동은 파동 입자 이중성을 갖고 있습니다. 탁구와 마찬가지로 입자 이기도 하고 파동 이기도 합니다. 그러나 상자 뚜껑을 열고 관찰할 때, 상자 안의 중첩 상태가 즉시 사라지고 상자 안의 상태는 입자 형태로 표현될 것입니다. 솔직하게 말하자면 우리가 관찰할 때, 입자의 불확실성 (중첩 상태)은 확정으로 변했습니다. 이는 불확실성 원리에 대한 또 다른 이해입니다. 만약 움직이는 탁구 공의 사진을 찍는 것은 양자 세계에서 입자를 관찰하는 것과 같습니다. 탁구 공의 실제 움직임은 파동이면서 동시에 입자입니다. 관찰할 때 사진을 찍었습니다. 찍은 사진은 정지 상태입니다. 사진을 통해서는 탁구 공이 물체 (입자)라는 것은 알 수 있지만 파동이란 것은 알 수가 없습니다. 탁구 공을 관찰 (사진 촬영)할 때, 사진을 통해서는 입자 상태만을 볼 수 있지만, 파동은 볼 수가 없습니다. 그러나 이것은 단지 인간의 관찰일 뿐이며, 탁구공의 실제 움직임은 여전히 파​동이면서 동시에 입자입니다. 그러나 우리가 관찰 할 때, 탁구는 하나의 특성만을 보여줄 수 있지만 파동은 표현할 수가 없습니다.