상자 안의 고양이는 살았을까, 죽었을까?

양자역학은 미시적 세계의 현상을 다루는 물리학의 한 분야다. 양자역학에 따르면 미시적인 세계에서 일어나는 사건은 관측되기 전까지는 확률적으로만 존재할 뿐, 그 전에는 가능한 여러 상태가 공존한다. 슈뢰딩거는 ‘상자 속의 고양이’ 사고실험을 통해 고양이가 살아 있는 상태와 죽어 있는 상태가 ‘중첩’되는 ‘공존의 상태’에 있다고 했다. 이 사고실험을 통해 슈뢰딩거는 거시세계의 확률론과 완전히 다른 양자세계의 확률론을 제시했다. 양자역학은 이후 원자폭탄과 반도체 등의 이론적 배경이 되었고, 나아가 물질에 대한 인간의 인식을 크게 변화시켰다.

동전 던지기로 풀어보는 양자얽힘의 미스터리

동전 두 개가 있다. 하나는 지구에 있고 하나는 우주 맨 끝에 있다. 양쪽에서 동시에 동전을 던졌을 때 그 결과는 완전히 무작위로 나온다. 하나의 결과가 다른 하나에 영향을 미치려면 그 공간을 정보가 가로질러 가야 한다. 이 정보에는 속도와 시간이 필요하다. 그리고 이 속도는 빛의 속도를 넘을 수 없다. 이것은 고전물리학의 관점이다.

양자역학에서는 한쪽 동전의 상태가 동시에 건너편 동전의 상태를 결정한다. 던지기 전에 동전은 앞면과 뒷면의 ‘중첩 상태’에 있다. 그리고 한쪽 동전이 던져진 순간 동시에 건너편 동전의 상태가 결정된다. 이것이 ‘양자얽힘quantum entanglement’이다.

양자얽힘은 양자세계의 기묘한 상관관계와 확률론을 밝혀주는 대표적인 현상이다. 이 책은 동전 던지기 게임을 통해 양자역학에서 가장 중요한 부분인 양자얽힘을 설명한다(여기서 동전 던지기는 전자의 스핀을 비유한다). 양자얽힘 이론은 양자암호, 양자컴퓨터, 양자전송 실험 등을 통해 실증되었고, 순간이동과 다중세계의 이론적 예측성을 높여주었다.

이 책을 통해 양자얽힘이 어떻게 우리 시대의 가장 위대한 사상가들로 관찰자에 따라 달라지는 형태, 다중세계, 살아 있는 동시에 죽어 있는 고양이 같은 말도 안 되는 이야기들을 꺼내게 했는지 확인할 수 있다.