"죽었으면서 동시에 살아있는 고양이"
1935년, 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 당시 양자 역학의 주류 해석(코펜하겐 해석)이 거시 세계에 적용될 때 얼마나 터무니없는 결과를 낳는지 비판하기 위해 잔혹한 사고 실험을 제안했습니다. 그는 미시 세계의 확률적 현상이 거시 세계의 생명체에게까지 영향을 미친다면 논리적 모순이 발생한다고 생각했습니다.
실험 설정은 이렇습니다. 강철 상자 안에 고양이, 1시간 안에 50% 확률로 붕괴하는 방사성 원자, 그리고 독가스 장치가 들어 있습니다. 원자가 붕괴하면 독가스가 나와 고양이가 죽고, 붕괴하지 않으면 고양이는 삵니다. 1시간 뒤, 우리가 상자를 열기 직전 고양이는 어떤 상태일까요? 상식적으로 고양이는 '살아있거나 죽어있거나' 둘 중 하나의 상태여야 합니다.
하지만 양자 역학에 따르면, 관측하기 전까지 원자는 '붕괴한 상태'와 '붕괴하지 않은 상태'가 파동 함수로서 공존(중첩)해 있습니다. 원자의 운명과 연결된 고양이 또한 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩되어 있어야 합니다. 슈뢰딩거는 "죽었으면서 동시에 살아있는 고양이라니, 말이 되느냐?"라고 반문했습니다. 하지만 오늘날 물리학은 미시 세계에서는 실제로 이러한 중첩 상태가 존재함을 증명했습니다.
이 역설을 해결하는 또 다른 흥미로운 이론은 휴 에버릿의 '다세계 해석(Many-Worlds Interpretation)'입니다. 상자를 여는 순간 관측자가 고양이가 산 우주와 죽은 우주로 갈라진다는 것입니다. 평행 우주가 존재한다면 중첩 상태는 모순이 아닙니다. 이 개념은 수많은 SF 영화와 소설에 영감을 주었습니다.
아이러니하게도 슈뢰딩거가 비판하려 했던 이 '중첩' 원리는 오늘날 양자 컴퓨터의 핵심인 큐비트(Qubit)의 원리가 되었습니다. 0과 1을 동시에 계산할 수 있는 능력은 바로 이 '죽었으면서 동시에 살아있는' 상태를 제어하는 기술에서 나옵니다.