關聯 記事 시리즈의 一部
量子力學
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle }$ 슈뢰딩거 方程式
槪論 數學的 公式化 歷史
背景 古典力學 初期 量子論 브라-켓 表記法 해밀토니言 干涉
基本 相補性 결어긋남 얽힘 에너지 準位 測定(measurement) 非局所性(nonlocality) 量子數 狀態(state) 重疊 Symmetry 터널링 不確定性 波動 函數 崩壞
實驗 벨 不等式 데이비슨-거머 二重슬릿 엘리추르?바이드만(Elitzur?Vaidman) 프랑크-헤르츠 레게트-가르그 不等式(Leggett?Garg inequality) 마하-젠더(Mach?Zehnder) 포퍼(Popper) 兩者 지우개(quantum eraser) 遲延選擇 슈뢰딩거의 고양이 슈테른-게를라흐 휠러의 遲延된 選擇(Wheeler's delayed-choice)
公式化 槪要 하이젠베르크 相互作用 描寫 行列 Phase-space 슈뢰딩거 合計 記錄(經路 積分)
方程式 디랙 클라인-고든 파울리(Pauli) 뤼드베리 슈뢰딩거
解釋 베이지안 整合的 歷史 코펜하겐 드 브로이-봄 앙상블 숨은 變數 局所的 多世界 客觀的 崩壞 兩者 論理 關係的 트랜잭션(transactional)
高級 主題 相對論的 量子力學 兩者章論 兩者 情報 科學 兩者 컴퓨팅(quantum computing) 兩者 카오스(quantum chaos) EPR 逆說 密度 行列 産卵 理論 量子統計力學 兩者 機械 學習(quantum machine learning)
科學者 아하로노프 Aharonov 벨 베테 블래킷 블로흐 봄 보어 보른 보스 드브로이 콤프턴 디랙 데이비슨 디바이 에렌페스트 아인슈타인 에버렛 포크 페르미 파인먼 글라우버 舊츠윌러 Gutzwiller 하이젠베르크 힐베르트 요르단 크라머르스 파울리 램 란다우 라우에 모즐리 밀리컨 誤너스 플랑크 라비 라만 뤼드베리 슈뢰딩거 시몬스 Simmons 조머펠트 폰 노이만 바일 빈 위그너 제이만 遮日링거
v t e

波動-粒子 二重性 (波動粒子二重性, wave?particle duality )은 量子力學 에서 모든 物質 이 粒子 와 波動 의 性質을 同時에 지니는 性質이다. 古典力學 에서는 波動과 粒子가 매우 다른 性質을 지니지만, 量子力學 에서는 두 槪念을 하나의 槪念으로 統合한다.

歷史的으로 波動-粒子 二重性은 빛 이 果然 粒子인지, 아니면 波動인지에 對한 論難으로부터 비롯되었다. 빛이 두 가지 性質을 모두 지닌다는 事實이 實驗을 통해 證明되었고, 以後 빛 뿐만이 아니라 다른 모든 物質도 粒子와 波動의 性質을 둘 다 지닌다는 事實이 發見되었다.

歷史 [ 編輯 ]

物質의 波動-粒子 二重性에 對한 論議는 '빛'에 對한 論議로부터 始作되었다.

• 데모크리토스 는 빛 은 粒子 이라고 主張하였고, 아리스토텔레스 는 寺院小說 의 體系 안에서 빛 은 波動 이라고 主張하였다.
• 以後 이븐 알하이삼 은 빛의 屈折 과 反射 等의 現象에 基盤하여 著書 《光學》( 아랍語 : ???? ??????? , 1021)에서 빛이 粒子라고 主張하였다. 르네 데카르트 는 著書 《世界》( 프랑스語 : Le Monde , 1633)에서 빛은 波動 이라고 主張하였다.
• 18世紀에 아이작 뉴턴 은 著書 《光學》( Opticks , 1704)에서 빛은 작은 粒子의 흐름이라고 하며 微粒子설 을 主張했다. 反面 同時代 사람인 크리스티안 下違憲스 · 로버트 훅 等은 빛 은 波動 이라고 主張하였다. 特히 훅은 '빛을 向해 빛을 쏘아도 衝突하지 않고 通過한다' ^[1] 는 實驗結果를 통해 빛은 波動 일 수 밖에 없다고 主張하였다. 하지만 이 當時에는 아이작 뉴턴 의 權威로 因해 粒子 說이 優勢하였다.
• 19世紀에 토머스 영 이 二重 슬릿 實驗 (1801年)을 통해 빛의 波動 설을 支持하였다. 이 實驗 結果인 빛의 干涉 무늬는 粒子 說로는 說明할 수 없었기에 波動 說이 優勢하였다. 以後 1818年, 誤위스탱腸 프레넬 ( Augustin-Jean Fresnel )이 回折 과 關聯한 實驗을 통해 波動 설을 支持하였고, 또한 프레넬은 解決되지 않던 ' 偏光 '과 ' 複屈折 現象 '을 빛이 橫波 라는 家庭을 土臺로 說明해냈다.
• 제임스 클러크 맥스웰 은 著書 《電磁氣場의 力學 理論》(1865)에서 맥스웰 方程式 을 土臺로 計算한 電磁氣波 의 速力 이 빛 의 速力 과 一致함을 밝혀냈다. 그 結果를 통해 맥스웰 은 빛이 電磁氣波 라고 主張하였다. 그리고 獨逸의 하인리히 루돌프 헤르츠 가 實驗을 통해 電磁氣波 의 速力과 빛 의 速力이 같음을 밝혀내었다. 이 즈음에는 빛은 波動 이라고 거의 確定된 듯 보였었다
• 20世紀에 알베르트 아인슈타인 은 '빛은 粒子 ( 光量子 )이다'라는 前提를 통해 光電效果 를 說明한 論文을 發表(1905)하였고 많은 科學者들이 實驗을 통해, 빛 은 電子 와 衝突할 때 粒子 와 같이 行動함을 確認했다. 特히 로버트 앤드루스 밀리컨 은 아인슈타인의 생각에 反하여 1915年, 實驗을 始作했지만 精密한 實驗의 結果는 아인슈타인의 主張을 支持하였다.
• 1912年, 파울 크니핑( 獨逸語 : Paul Knipping )과 발터 프리드리히( 獨逸語 : Walther Friedrich )는 決定을 이루는 原子間의 좁은 틈을 利用하여 '라우에 斑點'이라고 불리는 엑스線 의 回折 寫眞을 얻었다. 이로써 엑스線은 波動이라는 證據를 얻었다. 그런데 드브로이는 1920年代 初, 엑스線으로도 光電效果를 確認할 수 있으며 卽, 에너지가 양자화되어있다는 것을 確認하였다. 비슷한 時期인 1922年에 아서 콤프턴 은 엑스線 産卵 硏究를 한 뒤 그 結果를 分析한 바 엑스線은 粒子와 같다고 發表하였다.(1923년) ^[2] 卽 엑스線에서도 粒子性과 波動性이 모두 確認되었다.
• 以後 사람들은 빛 이 波動 의 性質과 粒子 의 性質, 모두를 가졌다고 받아들인다. 그리고 이는 아주 작은 世界에서만 일어난다고 하여 原子 보다 작은 世界를 다루는 새로운 力學 , 量子力學 을 만들었다.
• 빛에 局限되어있던 二重性(波動-粒子 二重性)을 擴張시켜, 루이 드 브로이 는 粒子 라고 생각해왔던 電子 亦是 二重性을 가지고 있다고 着眼, 物質波 理論을 考案해냈다.(1924년)
• 1927年 클린턴 조지프 데이비슨 과 레스터 저머( Lester Halbert Germer )가 니켈 決定에 느리게 움직이는 電子 를 쏘아 電子 의 回折 을 實驗으로 確認하였다. 1928年, 조지 패짓 톰슨 亦是 電子 回折 을 다른 實驗으로 確認하였다.
• 電子 의 二重 슬릿 干涉 무늬는 1961年에서야 獨逸의 클라우스 옌손( 獨逸語 : Claus Jonsson )이 確認하였다.
• 이렇게 粒子 로 생각되던 電子 를 波動 으로 생각해보는 發想의 轉換으로 干涉 무늬 等 旣存의 理論으로는 說明할 수 없었던 電子 의 여러 現象을 깔끔하게 說明해낼 수 있었다.

빛의 二重性 [ 編輯 ]

빛 의 正體에 對한 論議는 아주 오래前부터 繼續되었다. 위의 '歷史'部分에서도 言及하였듯 古代의 데모크리토스 , 아리스토텔레스 부터 르네 데카르트 , 아이작 뉴턴 , 크리스티안 下違憲스 , 토머스 영 , 제임스 클러크 맥스웰 , 하인리히 루돌프 헤르츠 , 알베르트 아인슈타인 에 이르기까지 많은 科學者들이 빛 의 正體에 對해 論爭하였고, 現在는 빛 이 粒子 敵 性質과 波動 敵 性質을 모두 가지고 있다고 說明한다.

아인슈타인은 光子 의 에너지가 光子의 振動數 에 比例함을 보였다. 卽, 粒子 敵 性質을 가진 光子 가 波動 이 가지는 性質인 振動數 를 同時에 表現하였다.

二重 슬릿 實驗 [ 編輯 ]

二重 슬릿 實驗 은 토머스 영 이 한 實驗으로 빛의 干涉 무늬를 觀察하여 빛의 波動 설을 强力하게 뒷받침한 實驗이다. 以後 이 實驗은 빛 뿐 아니라 一般的인 物質 ( 電子 等)들로도 行해졌다. 實驗에 對해 簡單히 說明하겠다.

1 單一 슬릿

1. 單一 슬릿(하나의 구멍이 있는 판)에 빛을 쏘아보낸다. 스크린에 觀察된 무늬는 가운데는 밝고 漸次 옆으로 퍼지면서 흐려지는 模樣이다. 이것은 빛의 粒子 설로도, 波動 說로도 모두 說明할 수 있다

2 이中 슬릿

1. 二重 슬릿(版에 얇고 긴 구멍이 두 個 있는 構造)에 빛 을 쏘아보낸다. 一般的인 생각으로는 두 個의 슬릿에 빛 을 통과시킨다면 스크린에는 두 個의 單一 슬릿패턴이 합쳐진 模樣이 觀測될 것으로 豫想된다. 하지만 實驗 結果 스크린에 나타난 模樣은 豫想(單一 슬릿 實驗時 觀測된 패턴의 合)보다 더 넓을 뿐 아니라 밝은 部分과 어두운 部分이 번갈아서 나온다. 이는 빛 을 粒子 로 생각하면 說明이 까다로웠으나, 빛 을 波動 으로 보고 그에 따라 干涉 무늬를 나타낸다고 할 때에는 쉽게 說明이 되었다. 卽 밝은 部分은 補强 干涉 을, 어두운 部分은 相殺 干涉 을 한다고 생각하면 簡單히 說明이 되었다.
2. 二重 슬릿에 아주 弱한 빛 을 쏘아 보낸다. 그러면 스크린에는 빛의 位置가 點과 같이 하나씩 標示가 된다. ( 빛 의 粒子 性을 보여주는 듯 함) 이 過程을 繼續하면 처음에는 스크린에 點으로 觀察되다가 오랜 時間이 지나면 全體 形態가 波動 의 干涉 무늬와 같아진다. 이 現象을 說明하기 위해 사람들은 빛이 스스로와 干涉을 한다는 異常한 結論을 내렸다. ^[3]
3. 위의 2-2 實驗을, 各 슬릿 옆에 觀測器를 設置하여 每番 빛이 어느 슬릿을 通過했는지 觀察하게 되면 結果는 달라진다. 처음에는 點과 같이 스크린에 標示가 되지만 以後 그 點들을 모두 모으면 앞의 2-2의 結果와는 다르게 巨視的으로 干涉 무늬를 觀察할 수 없게 된다.

다시 한番 整理해보겠다. 2-1의 結果를 粒子說로 說明을 하자면 처음에 스크린에 點과 같은 模樣이 나오는 것은 當然한 것이며, 여러 粒子가 同時에 두 슬릿을 通過하면서 서로 衝突하는데 그 經路가 스크린에 波動의 干涉무늬와 같은 模樣을 나타내도록 衝突하는 것이라고 말할 수 있다. 같은 結果를 波動說로 說明을 하자면, 波動의 干涉무늬가 나온 것은 當然한 이야기이고, 처음에 點으로 標示되는 現象은 가는 波動이 아주 얇은 슬릿을 通過하기 때문에 마치 點처럼 스크린에 나타났다고 說明할 수 있다. 하지만 2-2,2-3은 粒子說로도, 波動說로도 說明하기가 어렵다. 왜냐하면 '하나씩' 보냈기 때문에 干涉 을 할 수가 없는데 結論은 干涉 을 한 것과 같기 때문이다. 그래서 사람들은 빛 은 스스로 干涉 을 한다는 異常한 結論을 내렸고, 빛 은 누군가에게 觀測당하면(2-3) 스스로 干涉 하던 것을 멈추고 粒子 와 같이 行動을 한다는 한層 더 異常한 結論을 내렸다. (物質의 二重性 中 코펜하겐 解釋 參照)

光電效果 [ 編輯 ]

光電效果 란 빛 을 金屬 等의 物質에 비추어주었을 때 電子 가 튀어나오는 現象이다.

‘빛의 波動說’에 따라 光電效果 의 結果를 豫測해보면, 빛은 波動 이므로 빛의 波長 이 짧아질수록(즉 빨간色 빛에서 보라色 빛으로 갈수록) 에너지가 커진다. 또한 波動 은 重疊 이 되므로 긴 波長 의 빛 이라도 빛 의 世紀( 빛 의 量)만 크게 해주어도 에너지 가 커질 것이다. 이처럼 빛 의 에너지 가 큰 境遇에는 빛 을 비춰줬을 때 튀어나오는 電子 의 個數도 더 많고 電子 의 運動에너지 亦是 더 클 것이다.

하지만 光電效果 의 實驗 結果는 波動 설의 豫測과는 달랐다. 勿論 짧은 波長 (或은 보라色)의 빛 을 비추어주었을 때에는 電子 가 큰 運動 에너지 를 가지고 튀어나왔다. 하지만 보라色 빛이라도 튀어나오는 電子 의 個數가 많지는 않았다. 卽 波長 과 튀어나오는 電子 의 個數는 無關했다. 그리고 萬若 빛이 波動 이라면 비록 긴 波長 의 빨간 빛이라도 세게 비추어주기만한다면 重疊 될 수 있기 때문에 充分히 에너지 가 커져 빛에 依해 電子 가 튀어나와야했다. 하지만 긴 波長 (或은 빨간色)의 빛 을 剛하게 비추어줬을 때에는 電子 가 튀어나오지 않았다. 이는 마치 電子 를 튀어나올 수 있게 하는 限界 波長 (或은 에너지 )가 存在하는 듯한 樣相이었다. 그리고 같은 波長 의 빛 을 비추어주면 빛의 세기에 따라 튀어나오는 電子 의 個數는 달랐지만 튀어나오는 電子 의 運動에너지는 같았다. 卽 빛에 依해 튀어나오는 光電子(photoelectron)의 運動에너지는 오직 빛 의 波長 에만 關係가 있었다. 또한 튀어나오는 銃 電子 의 數는 (限界 波長, 或은 에너지 以上의) 빛 의 世紀에만 關係가 있었다.

빛 의 波動 설로 光電效果 를 說明하기에는 앞에서 말했듯이 限界가 있다. 이를 說明하기 위해 아인슈타인 (Albert Einstein)은 플랑크 (Max Karl Ernst Ludwig Planck)의 兩者 假說을 빛을 바라보는 觀點에 導入, 빛 을 粒子 로 생각하였다. 後에 아인슈타인 은 이로 因해 노벨 物理學賞 을 받았다. 아인슈타인에 依하면 위의 現象은 다음과 같이 說明된다. 빨간 빛 은 에너지가 작은 粒子 들이 모인 것이고, 보라色 빛 은 에너지가 큰 粒子 들이 모인 것이라고 생각하자. 빨간 빛의 境遇, 各各의 빛 알갱이(或은 粒子)들의 에너지 가 작으므로 아무리 많은 量의 빛 粒子들을 電子 에 쏘아주더라도 電子 는 結合을 끊고 나가기에 充分한 에너지 를 얻지 못하므로 金屬에서 電子 가 放出되지 못한다. 하지만 보라色 빛 은 全體 빛의 세기가 弱하더라도 各各의 빛 알갱이들이 큰 에너지를 갖고 電子 와 衝突하기 때문에 電子 를 金屬에서 빠져나올 수 있게 할 뿐 아니라 빠져나온 前者는 큰 運動 에너지 를 가지게 되는 것이다. 勿論 强한 보라色 빛, 卽 큰 에너지를 가진 빛 알갱이들을 많이 비춰주면 當然히 많은 電子 들이 크고 同一한 運動 에너지 를 가지고 放出될것이다.

아인슈타인 의 光電效果 를 簡單히 整理하자면, 빛은 光子 라는 알갱이로 이루어져있으며, 이 光子 하나하나가 가지는 에너지 가 클수록 衝突하여 빠져나오는 電子 의 에너지가 크다는 것이다.

物質의 二重性 [ 編輯 ]

一般的으로 모든 物質 은 粒子 成果 波動 性을 同時에 가지고 있다. 다만 波動 으로 생각했던 빛 이 粒子라는 事實이 먼저 밝혀진 것이다. 粒子 라고 생각한 電子 가 波動 임을 보인 것은 프랑스의 루이 드 브로이 이다. 그는 1924年, 모든 物質은 波動 의 性質을 가지고 있다고 主張하고 物質마다의 波動 을 ‘ 物質波 ’라고 主張하였다. 1927年에 美國의 데이비슨 이 實驗的으로 電子 에 波動 敵 性質이 있다는 것을 證明하였다. 모든 物質에 波動性이 있지만 그것을 確認하기 힘든 理由는 波長이 매우 짧기 때문이다. 正確한 計算은 밑의 '드 브로이 物質波' 說明을 參考하도록 한다.

物質波 [ 編輯 ]

物質波 란 物質마다 가진 波長 을 의미한다. 이는 理論 物理學者인 드 브로이 가 發表한 論文에서 나오는 것으로, 이 論文의 主 內容은 모든 物質은 波動 成果 粒子 性을 同時에 가지며, 그 波長 은 粒子 의 運動量 에 反比例하고 振動數 는 粒子의 運動에너지 에 比例한다는 것이다. ^[4] 物質波 波長 은 다음과 같이 나타내진다.

${\displaystyle \lambda ={\frac {h}{mv}}}$

여기서 ${\displaystyle \lambda }$는 物質波의 波長 , ${\displaystyle h}$는 플랑크 常數 , ${\displaystyle m}$은 粒子의 質量, ${\displaystyle v}$는 粒子의 速力이다. 이 式은 以後 데이비슨-거머 實驗 에 依해 證明되었다.

巨視的인 世界에서 日常的인 物體의 物質波 를 確認하기 힘든 理由는 플랑크 常數 가 매우 작은데 비해 運動量 이 크기 때문이다. 卽 그 波長 이 매우 작고, 그 波長 은 現在 우리가 觀測할 수 없을 程度로 작기 때문이다. 하지만 原子 以下의 世界를 다루는 境遇( 量子力學 )에는 運動量 이 매우 작기 때문에 波長 이 쉽게 觀測할 수 있을 程度로 크다. 그래서 物質 의 二重性이 原子 以下의 世界에서 더 뚜렷하게 觀察된다.

電子의 二重 슬릿 實驗 [ 編輯 ]

電子 를 利用해서도 ' 빛 을 利用한 二重 슬릿 實驗 '과 같은 實驗을 遂行하고 같은 結果를 얻을 수 있다. 唯一한 差異는 單色光 이 아닌 電子 를 利用한다는 點이다.

二重 슬릿 實驗에서는 쏘아주는 物質의 波長을 통해 스크린에 나타날 무늬間의 間隔도 알 수 있고, 逆으로 무늬間의 間隔과 슬릿과 스크린사이의 距離, 두 슬릿 사이의 距離를 통해 物質의 波長을 逆으로 追跡할 수도 있다.

오른쪽 그림을 參考하면서 修飾을 보도록 하자. ${\displaystyle \Delta s}$는 波長이 두 슬릿을 通過하여 스크린의 한 點에 到達할 때 두 經路의 差異이다. 그리고 a는 두 슬릿 사이의 間隔을 의미한다. 그렇다면 이들의 關係는 다음과 같이 標示할 수 있을 것이다.

${\displaystyle \sin \alpha '=\Delta s/a}$

그리고 큰 三角形을 注目하자. 슬릿에서 스크린까지의 距離를 d로 두고, 스크린에서 第一 밝게 나타난 部分으로부터 그 다음 밝은 무늬까지의 距離를 x로 두면 그들의 關係는 다음과 같이 나타낼 수 있을 것이다.

${\displaystyle \tan \alpha =x/d}$

그런데 ${\displaystyle \alpha }$가 작을 境遇 ${\displaystyle \tan \alpha }$ 와 ${\displaystyle \sin \alpha }$는 거의 같다고 近似시킬 수 있다.

${\displaystyle \sin \alpha \approx \tan \alpha }$

또한 d가 x에 비해 많이 클 境遇, ${\displaystyle \sin \alpha }$ 와 ${\displaystyle \sin \alpha '}$는 거의 비슷하다.

${\displaystyle \sin \alpha '\approx \sin \alpha }$

위의 式들을 整理하면 다음과 같은 關係式을 얻을 수 있다.

${\displaystyle x=\Delta s\cdot d/a}$

그리고 x가 第一 밝은부분으로부터 그 다음 밝은 部分까지의 거리라고 하였으니, 補强 干涉이 일어나는 곳이다. 卽 이 x가 波長의 정수배(李 境遇에는 n=1)가 된다는 意味이다.

${\displaystyle x=n\lambda }$

마지막 두 式을 利用하면 우리가 알고있는 값들(a, d, x, ${\displaystyle \Delta s}$)로 波長을 알아낼 수 있다.

量子力學의 解釋 [ 編輯 ]

二重 슬릿 實驗 , 特히 觀測의 有無에 따라 光子, 或은 電子 의 特異한 行動 - 觀測하지 않으면 波動 처럼, 觀測하면 粒子 처럼 行動 - 을 說明하기 위해 여러 가지 接近이 試圖되었다. 그리고 그것을 조금 더 擴張하여 二重 슬릿 實驗에서 뿐 아니라 古典 力學 으로 쉽게 說明되지 않는 여러 現象들이 어떠한 物理的인 意味를 가지게 되느냐에 對해서도 論議하게 되었고, 그로 인해 ' 量子力學 '과 여러 解釋들이 誕生되었다. 여기서 몇가지 解釋들을 簡單히 紹介하도록 하겠다.

코펜하겐 解釋 [ 編輯 ]

코펜하겐 解釋 은 보어 (Niels Henrik David Bohr), 하이젠베르크 (Werner Karl Heisenberg) 等 當代 有名한 物理學者들이 함께 만든 것으로서 量子力學 에서 가장 널리 받아들여지고 있는 正統解釋이다. ^[5] 코펜하겐 解釋 의 觀點에서는, '觀測'이 重要視 여겨진다. 卽, 觀測하기 前에는 여러 가지 狀態가 重疊되어 存在한다. 코펜하겐 解釋은 이를 確率을 意味하는 波動函數 ( 슈뢰딩거 方程式 )로 나타낼 수 있다고 한다.(좀 더 仔細히 말하자면, 슈뢰딩거 方程式 의 波動 函數의 제곱이 確率密度 에 比例한다고 본다.) 하지만 觀測하는 그 瞬間 狀態는 더 以上 確率 이 아닌 특정한 한가지로 定해지게 된다고 主張한다. 卽, 하나의 狀態는 客觀的인 事實로 存在하는 것이 아니라 觀測者와의 相互作用의 結果라고 主張한다. ^[6]

例를 들자면, 二重 슬릿 實驗 結果를 解釋할 때에는 있는 實驗 結果를 있는 그대로 받아들여서 觀測하기 前 까지는 波動 이었다가 觀測하는 瞬間 粒子 가 된다고 主張한다. 卽, 스크린에 到達하여 觀測되기 前 까지는 波動 이므로 電子 (或은 빛)는 同時에 두 슬릿을 通過할 수 있다. 좀 더 嚴密하게 말하자면, 두 슬릿을 各各 A슬릿, B슬릿으로 두었을 때 처음에 電子 (或은 빛)를 보내면 電子 (或은 빛)가 '슬릿 A를 通過 할 可能性'과 ' 슬릿 B를 通過 할 可能性'李 同時에 存在한다. 이 말을 다르게 表現하자면, 'A에 있을지도 모르는 電子 (或은 빛)'와 'B에 있을지도 모르는 電子 (或은 빛)'가 同時에 存在하는 것이다. 이는 電子 (或은 빛)의 波動 城을 의미한다. 以後 스크린에 到達하여 觀測 이 되면 그제서야 粒子 가 된다는 것이다.

코펜하겐 解釋 의 가장 基本的인 두가지 原理는 相補性 原理 와 不確定性 原理 이다. 簡單히 紹介하겠다.

相補性 原理 는 物理的 實在에 對한 性質들은 相互補完的인 짝을 이루어 存在한다는 것이다. 卽 어떤 物理的 實在는 境遇에 따라 A로도 B로도 存在할 수 있음을, 하지만 同時에 A이자 B일 수는 없음을 의미한다. 例를 들면 빛 은 境遇에 따라 粒子 或은 波動 으로 行動할 수 있지만 同時에 粒子 이며 波動 日數는 없다. 波動 粒子의 二重性 以外에도 運動量 과 位置 等도 相補性原理 로 說明할 수 있다. ^[7]

不確定性 原理 는 하이젠베르크 가 主唱한 것으로, 位置 와 運動量 은 同時에 穩全하게 測定될 수 없으며 두 測定값의 誤差는 特定 값보다 줄어들 수 없다는 것이다. 簡單히 다음과 같이 나타내진다.

${\displaystyle \Delta x\Delta p\geq {\hbar \over 2}}$

x: 位置 p: 運動量

${\displaystyle \hbar }$: 플랑크 常數

이 原理는 量子力學 을 위해 새로 만들어낸 것이 아니라 量子力學 의 統計的 解釋으로부터 얻어진 結果이다. ^[8] 이 誤差보다 줄어들 수 없는 理由에 對한 한가지 見解는 '觀測'을 할 때 觀測對象에게 아무런 影響을 주지 않는 것이 不可能하기 때문이다. 例를 들자면, 電磁氣波 로 어떤 對象을 觀測할 때 位置를 正確하게 알아내기 위해 짧은 波長 을 利用하게 되는데 波長이 짧아질수록 電磁氣波 의 에너지 가 커지기 때문에 電磁氣波 의 運動量 은 漸漸 더 不確實해지고 그 測定값의 誤差가 漸漸 더 커지게 된다. 따라서 位置와 運動量의 測定값 곱은 어느 限界値보다 작아질 수 없다

코펜하겐 解釋 은 여러 科學者들의 批判을 받아왔다. 그 中 한가지 理由는 우리가 '觀測'을 하는 行爲가 너무 重要해서 그로 인해 世上이 決定된다는 것은 너무 말도 안되는 이야기라고 생각되었기 때문이다. 아인슈타인 은 '누군가 달을 보고 있을 때만 달이 存在하는가? 그렇지 않을 것이다'라며 끝까지 이 解釋을 받아들이지 못하고, 여러 事故實驗, 特히 ' EPR 逆說 '로 이 解釋에 反旗를 들었다. 하지만 以後 ' 벨의 不等式 '과 그 不等式의 實驗的 檢證으로 因해 아인슈타인 이 틀렸고 量子力學 의 原理가 옳다는 것이 證明되었다. 또한 슈뢰딩거 는 ' 슈뢰딩거의 고양이 '라는 事故實驗 을 통해, 이러한 不確定性이 原子 以下의 微視世界가 아닌 巨視世界로 擴張된다면 얼마나 異常하게 느껴질지 생각해보게끔 만들고, 이를 通해 이 解釋에는 問題가 있을 것이라고 主張하였다. 하지만 觀測의 重要性을 强調하여 或者는 '人間의 마음은 陽子力學을 넘어선 특별한 存在이다. 그래서 觀測에 따라 物質의 狀態가 定해지는 것이다' 라고도 하였다.

드브로이-봄 理論 [ 編輯 ]

드브로이-봄 理論 ( de Broglie?Bohm theory ) 또는 파일럿 波動 理論 ( pilot-wave theory )은 데이비드 봄 이 主張限 것으로, 電子 (或은 粒子 )는 移動하기 前에 波動 을 내보내고(파일럿파) 電子 (或은 粒子 )는 이 波動을 타고 移動한다는 것이다. 이 解釋이 코펜하겐 解釋보다는 좀 덜 異常하게 여겨질 수도 있겠지만 안타깝게도 파일럿파는 觀測되지 않을 뿐더러 粒子보다 먼저 움직이는 波動이므로 앞으로도 觀測이 不可能하다. 파일럿 解釋 의 結果는 確率 을 나타낼 뿐이며 코펜하겐 解釋 이 食道 더 簡單하므로 코펜하겐 解釋 이 더 普遍的으로 받아들여지고 있다.

多世界 解釋 [ 編輯 ]

休 에버렛 ( Hugh Everett III )이 主張한 解釋으로서 人間에게도 (觀測對象에게 그랬듯이) 量子力學 을 適用, 人間 亦是 여러 狀態가 重疊되어있는 것으로 理解하였다. 그래서 確率 에 따라 可能한 여러 가지 境遇의 數만큼의 世界가 存在하며, 그 世界들 間에는 相互作用이 없다고 하였다. 이 解釋 亦是 몇 個의 宇宙 가, 얼마나 存在하는가, 確率 에 따라 어떻게 決定되는가 等의 몇가지 問題點을 가지고 있지만 코펜하겐 解釋 과 더불어 現在 第一 普遍的으로 받아들여지는 解釋이다.

서울 解釋 [ 編輯 ]

1986年부터 장회익 과 여러 韓國 의 物理學者, 哲學者들이 모여서 만들어가고있는 解釋으로서 現在까지도 發展해나가고있는 解釋이다. 이 解釋의 長點은 相補性 原理 나 不確定性 原理 等을 導入하지 않고 量子力學 을 理解하려고 試圖한다는 것이다. 이 解釋을 簡單히 整理하자면, 物理的인 對象에는 確率 이 存在하지 않고 認識 에만 確率 이 存在한다는 것이다. 그리고 測定하는 瞬間 世界가 늘어나는 것이 아니라 不連續的으로 새로 始作한다고 보는 것이다.

이처럼 量子力學 은 뉴턴 以後부터 이제까지 物理學者들이 가진 決定論 적 思考 - 物理法則으로 모든 未來를 豫測할 수 있다 - 가 맞는 것인지에 對해 다시 한番 생각하게끔 만들어주었다. 量子力學 의 여러 論爭들과 解釋들은 매우 哲學的이다. 하지만 科學界에서는 哲學的인 論議는 뒤로 하고, 一旦 理論을 適用하여 計算하였을 때 많은 現象들을 豫測할 수 있었기 때문에 一旦 量子力學 을 받아들이고 그 活用에 더 集中하고 있다.

各州 [ 編輯 ]

같이 보기 [ 編輯 ]

• 光電效果
• 二重 슬릿 實驗
• 量子力學
• 物質波

參考 資料 [ 編輯 ]

• 곽영직, (곽영직 敎授의 物理 5部作) 빛 物理學, 東녘, 2008
• 야무챠, 哲學的 思考로 배우는 科學의 原理, G brain, 2008
• 다케우치 가오루, (한卷으로 充分한) 量子論: 不確定性의 原理에서 '無限大 해'의 難題까지, 전나무숲, 2010
• http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/light_quantum/photon/photon6.html Archived 2016年 2月 7日 - 웨이백 머신
• http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/wave_particle//matterwave/matterwave2.html Archived 2016年 3月 4日 - 웨이백 머신
• https://web.archive.org/web/20010209012559/http://www.postech.ac.kr/press/hs/C27/C27S006.html
• https://web.archive.org/web/20160304191508/http://kps.or.kr/storage/webzine_uploadfiles/1746_article.pdf
• https://web.archive.org/web/20160305051051/http://www.kps.or.kr/storage/webzine_uploadfiles/1750_article.pdf

外部 링크 [ 編輯 ]

• 네이버캐스트 - 物質波
• 네이버캐스트 - 코펜하겐 解釋
• 네이버캐스트 - 量子力學
• 네이버캐스트 - 兩者 世界의 解釋
• 네이버캐스트 - 빛의 二重性
• 네이버캐스트 - 物質波