예전에 삼프로에 나온 물리학 교수님(고대물리학과였나?) 얘기처럼 물리학 쪽에서는 그냥 양자역학을 미시세계 분석하는 도구로 쓰고 있고,

양자역학에 대한 근본적인 철학적인 고민은 골치 아프고 물리학의 영역도 아니라 생각해서 회피하는 경향이 강했었다고 합니다.

이런 철학적인 고민 안 해도 워낙 수학적으로는 완벽하고 실험결과도 잘 설명해서 그냥 써먹고 응용하는데에는 아무 문제가 없거든요.

스티븐 호킹은 슈뢰딩거의 고양이에 대해 묻는 사람 있으면 쏴버리고 싶다고 했고, 주류 물리학계에서는 'Shut up and calculate'라는 말을 많이 썼죠.

근데 이 케케묵은 문제에 대해 어느 정도는 해답을 줄 수 있는 유력한 이론이 있더군요.

슈뢰딩거의 고양이는 잘 알려져있는 문제긴 한데 혹시 까먹으신 분들을 위해 김상욱 교수님이 쓴 칼럼에서 가져 왔습니다. (김상욱 교수님이 양자역학의 측정에 관한 문제에 관심이 많더군요. 밑에 내용들도 그분의 글이나 저작을 보고 쓴겁니다.)

https://www.dongascience.com/news.php?idx=5869

'1935년 슈뢰딩거가 출판한 논문은 코펜하겐 해석의 아킬레스건을 찌른다. 여기 원자가 하나 있다. 원자는 A와 B, 두 가지 상태를 가질 수 있다. 원자가 B 상태에 있으면 아무 일도 일어나지 않지만, A 상태에 있으면 검출기를 작동시킨다. 검출기가 작동되면 독극물이 든 병이 깨진다. 이 독극물 병은 고양이와 함께 상자에 들어있다.

원자는 양자역학적으로 행동할 수 있으니 A와 B의 중첩상태, 그러니까 A이면서 동시에 B일 수 있다. 따라서 독약병도 깨져있으면서 동시에 깨지지 않을 수 있다는 말이다. 그렇다면 같이 있는 고양이도 죽었으면서 동시에 살아있는 상태를 가져야 한다. 하지만 고양이는 거시세계에 속하는 거 아닌가? 이것이 그 유명한 ‘슈뢰딩거 고양이’의 역설이다.

코펜하겐 해석이 우주를 두 세계로 분리해놓고 한숨 돌리는 사이에, 슈뢰딩거가 두 세계를 연결하는 방법을 찾은 것이다. 스티븐 호킹은 누군가 슈뢰딩거 고양이 이야기를 꺼내면 총으로 쏴버리고 싶은 기분이 든다고 이야기한 적이 있다. 정말 더러운 문제라는 의미다. 왜냐하면 어디가 경계인지 이제는 말해야 하기 때문이다. 엄밀히 말해서 슈뢰딩거 고양이의 역설은 아직 완전히 해결되지 않았다.'




지금 가장 유력한 양자역학의 해석 후보 중 하나인 '결맞음 (Coherence)' 이론의 주장은 다음과 같습니다.

1. 양자역학에서 얘기하는 '측정'이 일어나는데 사람이나 지능을 가진 존재가 필요하지 않다. 그냥 우주에 있는 어떤 무언가와 접촉하면서 상호작용 하는 순간 (양자역학 용어로 Decoherence가 일어나는 순간) '측정'이 실행되면서 양자중첩상태 -> 고유 파동함수(Eigen vector)로의 붕괴가 일어난다.

2. 해당 물체에 대해 '측정'이 일어나지 않게 하려면 해당 물체 주변을 완벽한 진공으로 만들면 된다.

3. 그러므로 고양이가 들어있는 상자를 완벽한 진공 상태로 만들어서 주변과 전혀 상호작용을 하지 않게 만들면 고양이의 삶과 죽음이 양자 중첩된 상태가 가능하다.

4. 근데 첫번째로 완벽한 진공을 만드는 순간 고양이는 숨막혀서 바로 죽는다. 두번째로 고양이가 분자와 부딪히지 않을 정도의 진공을 만드는 건 사실상 불가능하다. 작년에 노벨상탄 안톤 차일링거 교수가 퓰레렌 가지고 그 유명한 이중 슬릿에 의한 간섭효과를 확인했는데 이것도 온갖 쌩쇼 끝에 간신히 성공함.

5. 참고로 퓰레렌은 양자역학 스케일에서는 매우 큰 물체이지만 이거 몇 만개 모아야지 머리카락 두께가 됨. 차일링거 교수가 인슐린 가지고 간섭 확인한다고 얘기했는데 아직 성공했다는 소식은 못 들었음 (혹시 아시는 분?). 그러므로 눈에 보이는 물체에서 양자역학 효과를 확인하는 건 사실상 불가능


결론 네줄 요약
- 우리가 살고 있는 일상세계에서는 '양자역학'의 기묘한 현상들이 나타나지 않는다.

- 크기가 어느 정도 이상 되는 물질이라면 주변과 상호작용이 지속적으로 일어나게 되고, 그래서 파동함수는 항상 붕괴되어 있기 때문이다. 일상생활에서의 물리학적 현상을 설명하는 것은 뉴턴역학으로 충분함.

- 그래서 슈뢰딩거의 고양이 실험은 현실에 적용될 수가 없다.

- 뉴턴역학에서 양자역학으로 넘어가는 정확한 경계는 아직 못 밝혔지만 지금까지 양자역학의 가장 큰 특징인 이중 슬릿 간섭이 관측된 가장 큰 물체가 퓰러렌이기 때문에 현재까지 그 경계는 퓰레렌이라고 일단 볼 수 있음.

ps. 댓글보다보니 아미노산으로 이뤄진 '그라미시딘'이라는 물질로 성공했다는 얘기가 있긴 합니다. 정확한 정보는 못 찾았는데 대충 검색해보니 퓰러렌이랑 크기차이가 그리 크게 나지는 않는 것으로 보입니다. 생체 분자로 성공했다는데에 의의를 두는 듯 하네요.