Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

슈뢰딩거의 고양이 : 양자 역학의 상상실험- 체드 오르젤

번역: hangyeol lee 검토: Jeong-Lan Kinser

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

오스트리아 물리학자인 어윈 슈뢰딩거는 양자역학의 창시자들 중 하나입니다.

but he's most famous for something he never actually did:

하지만 그는 그가 실제로 해 보지 않았던 것으로 잘 알려져 있습니다.

a thought experiment involving a cat.

고양이를 포함한 상상실험 말이죠.

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

그는 고양이를 1시간 후에 50퍼센트의 확률로 안에 들어있는 물체가 죽는

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

밀봉된 상자 안에 넣는다고 상상했습니다.

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

1시간이 지나고, 그는 물었습니다. "고양이의 상태는 어떨까?"

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

상식적으로, 고양이는 죽거나 살았을 것이라는 것이 정답입니다.

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

하지만 슈뢰딩거는 양자물리학으로 이 현상을 분석해 냈습니다.

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

상자가 열리기 바로 직전의 고양이는

at the same time.

살아있는 부분과 죽은 부분이 공존합니다.

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

우리가 하나의 상태를 보게 되는 경우는 상자가 열렸을 때 뿐입니다.

Until then, the cat is a blur of probability,

그때까지, 고양이는 확률의 모호성을 가지고 있습니다.

half one thing and half the other.

반은 살아있고, 반은 죽은채로 말이죠.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

슈뢰딩거의 생각은 터무니없어 보입니다.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

그는 양자물리학이 철학적으로 문제가 많다고 생각하여,

that he abandoned the theory he had helped make

그는 이 이론을 폐기하고

and turned to writing about biology.

생물학을 연구하는 것으로 전향합니다.

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

하지만, 아무리 이론이 터무니없더라도, 슈뢰딩거의 고양이는 매우 현실적입니다.

In fact, it's essential.

사실, 이 고양이 가설은 필수적입니다.

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

만약 양자가 동시에 존재하는 것이 불가능하다면,

the computer you're using to watch this couldn't exist.

당신이 이 영상을 보는 데 쓰는 컴퓨터는 존재하지 않았을 것입니다.

The quantum phenomenon of superposition

양자적 현상으로써의 중첩은

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

모든 입자와 파동성간의 산유물입니다.

In order for an object to have a wavelength,

어떤 물체가 파장을 가지기 위해서는

it must extend over some region of space,

반드시 공간의 영역을 확장해야 합니다.

which means it occupies many positions at the same time.

이 말은, 여러 물체가 한 장소에 동시에 존재할 수 있다는 것입니다.

The wavelength of an object limited to a small region of space

하지만 물체의 파장은 작은 범위에 대해 제한되어 있습니다.

can't be perfectly defined, though.

확실히 정의될 수도 없죠.

So it exists in many different wavelengths at the same time.

결국, 다른 길이의 파장이 동시에 존재할 수 있게 됩니다.

We don't see these wave properties for everyday objects

우리는 일상에서 파장을 볼 수 없습니다.

because the wavelength decreases as the momentum increases.

시간이 증가할수록 파장은 감소하기 때문이죠.

And a cat is relatively big and heavy.

그리고 고양이는 상대적으로 크고 무거워질 것입니다.

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

만약 우리가 원자 하나를 가져다가 태양계 크기만큼 크기를 키운다면

the wavelength of a cat running from a physicist

물리학자들이 상상하는 고양이의 파장은

would be as small as an atom within that Solar System.

이 원자 태양계에서의 원자 크기만큼 작을 것입니다.

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

이 크기는 관측하기에 너무 작아, 우린 고양이의 파장을 볼 수 없습니다.

A tiny particle, like an electron, though,

하지만 전자같은 작은 미립자들은

can show dramatic evidence of its dual nature.

이 이중 세계에 대한 증거를 보여줍니다.

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

우리가 한번에 하나씩 좁은 구멍에 전자를 쏘게 된다면

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

저 멀리 있는 전자는 특정한 순간에 한 장소에서 감지될 것입니다.

like a particle.

마치 입자처럼요.

But if you repeat this experiment many times,

하지만 당신이 모든 전자 하나하나의 궤적을를 쫓으며

keeping track of all the individual detections,

이 실험을 계속 반복한다면

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

당신은 파장의 특정한 패턴을 볼 수 있게 될 것입니다.

a set of stripes - regions with many electrons

어떤 전자도 존재하지 않는 구역과 다른

separated by regions where there are none at all.

수많은 전자로 구성된 선들의 묶음이죠.

Block one of the slits and the stripes go away.

한쪽을 막으면, 줄무늬는 사라집니다.

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

이것은 각각의 전자가 구멍을

at the same time.

동시에 통과할 때를 나타내고 있습니다.

A single electron isn't choosing to go left or right

각 전자는 오른쪽이나 왼쪽으로 갈지 자기 스스로 결정하지 않습니다.

but left and right simultaneously.

오른쪽과 왼쪽으로 동시에 가죠.

이 중첩의 상태는 현대 기술에도 쓰입니다.

This superposition of states also leads to modern technology.

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

전자는 원자핵 주변에 퍼져 회전합니다. 마치 파장같은 궤도를 그리면서요.

Bring two atoms close together,

두 개의 원자를 가까이 붙이면,

and the electrons don't need to choose just one atom

전자는 하나의 원자핵을 선택하지 않고

but are shared between them.

두 원자핵을 공유합니다.

This is how some chemical bonds form.

이것이 화학적 결합의 방식입니다.

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

이 분자에 들어 있는 전자의 갯수는 원자 A나 B가 아닌 A+B입니다.

As you add more atoms, the electrons spread out more,

당신이 원자를 더 추가한다면, 전자는 더 멀리 퍼질 것입니다.

shared between vast numbers of atoms at the same time.

동시에 더 많은 갯수의 원자를 공유하면서 말입니다.

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

고체에서의 전자는 원자에 묶인것이 아닌

but shared among all of them, extending over a large range of space.

그들의 원자를 공유하며, 넓은 영역에 걸쳐 뻗어나갑니다.

This gigantic superposition of states

이 거대한 결합상태는

determines the ways electrons move through the material,

물질을 통해 전자가 이동하는 방식을 결정하며

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

그 방식에 따라 반도체, 부도체, 도체가 결정됩니다.

Understanding how electrons are shared among atoms

전자가 원자를 공유하는 방법을 이해하는 것은

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

우리가 실리콘 같은 반도체 물질을

like silicon.

정밀하게 조정할 수 있게 해 줍니다.

Combining different semiconductors in the right way

두개의 다른 반도체를 순방향으로 결합하는 것으로

allows us to make transistors on a tiny scale,

우리는 컴퓨터 칩에 수백만개나 들어가는

millions on a single computer chip.

작은 트렌지스터를 만들 수 있습니다.

Those chips and their spread out electrons

이 칩은 전자를 방출하고,

power the computer you're using to watch this video.

당신이 이 비디오를 보는데 쓰는 컴퓨터의 전원을 공급합니다.

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

인터넷은 고양이 영상을 공유하기 위해 존재한다는 오랜 농담이 있습니다.

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

자세히 들어가 보면, 인터넷은 오스트리아의 물리학자와

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

그의 상상 속 고양이에게 그 존재의 유래가 있습니다.