1927년 솔베이 물리학회

슈뢰딩거는 보어에게 이런 말을 했다고 합니다. “만일 제가 제안한 파동방정식 때문에 물리학에 확률이라는 개념이 도입이 된다면 매우 후회스러울 것입니다”

그래서 슈뢰딩거가 이 확률을 피해가기 위해 제시한 것이 바로 그 유명한 “슈뢰딩거의 고양이”입니다. 유명한 사고 실험이지요. 슈뢰딩거는 (불쌍한)고양이와 방사선원소 그리고 방사선 검출기가 있는 상자를 준비한 다음 방사선 검출기가 방사선을 검출하면 독가스가 나와 고양이가 죽도록 했습니다. 일정 시간이 흐르면 고양이는 어떻게 되었을까요? 확률론적인 시각에 따르면 고양이는 죽었는지 살았는지 말을 할 수 없습니다. 단지 죽어있는 상태와 살아있는 상태가 서로 얽혀 있을 뿐입니다.


즉 죽었을 확률과 살았을 확률이 중첩되어 있는 것인데, 이를 확인하기 위해 상자를 열어 고양이를 관찰하는 순간 고양이의 상태가 결정된다는 것입니다. 즉 관측행위가 상태를 결정한다는 것이지요. 결정론을 주장하는 슈뢰딩거는 관측과는 상관없이 고양이는 죽었든지 살았든지 둘 중하나의 상태로 정해져 있다고 했습니다.


누가 맞을까요? 아인슈타인은 이런 말을 했다고 합니다. “없던 달이 쥐 한마리가 봤다고 갑자기 나타났겠습니까?” 쥐 한마리가 달을 관측했다고 해서 나타날리는 없겠죠. 슈뢰딩거나 아인슈타인의 말이 절대 틀리는 것이 아닙니다.


이렇듯 결정론과 확률론은 서로 다른 견해로 인해 싸우다가 마침내 1930년 솔베이에서 열린 물리학회에서 역사적인 사건이 터집니다.

바로 아인슈타인과 보어간의 논쟁이지요.

아인슈타인은 뛰어난 언변으로 사고실험을 제안하면서 양자역학에 대한 포문을 열었고, 반대로 좀 조용하고 어눌한 보어는 아인슈타인의 공격에 매우 당황해 했습니다.

먼저 아인슈타인은 사고실험을 제안합니다. 광자가 담겨있는 상자가 있는데 이상자는 용수철에 매달려 있습니다. 이 상자에는 셔터가 있어서 셔터를 열 때마다 광자 하나가 바깥으로 탈출을 합니다. 그런데 셔터가 움직이는 속도와 광자의 에너지를 우리가 정확하게 측정할 수 있으므로 광자의 물리적 상태를 아무런 오차없이 결정할 수 있다고 주장했습니다. 이것은 바로 불확정성의 원리를 비판한 것이지요.

아인슈타인이 제안 한 이 마지막 사고실험은 보어에게 결정타였습니다. 보어는 아무런 대답도 못했지요. 최후의 한방을 날린 아인슈타인은 미소를 지으며 거장답게 유유히 걸어나갔습니다.

한 풀 꺽인 보어는 그날 저녁 침통한 표정으로 여러 과학자들에게 하소연 하듯이 이런 말을 했다고 합니다. “만일 아인슈타인이 옳다면 물리학은 여기서 끝장입니다. 그의 논리는 어딘가 분명히 틀렸을 겁니다. 반드시 그래야만 합니다”

그날 밤 보어는 밤을 꼬박 새우지요. 그는 간간이 입을 열어 “아인슈타인....아인슈타인...”을 되뇌고 있었을 뿐이었답니다.


다음 날 보어는 기어이 아인슈타인의 논리에서 작은 오류를 찾아냅니다.

질량과 에너지는 등가(=)이므로 광자를 방출한 상자의 무게가 조금씩 가벼워집니다. 아인슈타인의 중력이론에 의하면 에너지를 무게를 갖고 있으므로 에너지를 방출할 때마다 상자는 조금씩 위로 솟아오를 것이다. 그런데 이것은 광자에 대한 불확정성 원리를 재확인하는 사례에 불과하다. 왜냐하면 상자무게에 대한 불확정성과 셔터속도에 불확정성을 계산해 보면, 이 상자가 불확정성을 만족한다는 사실을 어렵지 않게 증명할 수 있다고 주장한 것입니다.


우와~~ 역시 대단하죠?!


멋지게도 보어는 아인슈타인을 이기기 위해 아인슈타인의 이론을 적용한 것입니다.
그래서 보어는 세기적인 논쟁의 승자가 되고 아인슈타인은 굳게 입을 닫고 있었지요.

고전역학의 세계가 끝난 것입니다.

그 후에 아인슈타인은 “신은 주사위 놀이를하지 않는다”고 버티고 보어는 “제발 신 타령 좀 그만해라”라고 반박합니다. 이때의 패배로 아인슈타인은 양자역학을 뛰어넘는 강력한 위력을 발휘할 수 있는 이론을 만들기로 마음먹습니다.

그리고 그것이 바로 “통일장 이론”이지요.