불확정성 원리 (uncertainty principle)
2007/10/05 13:16 · 분류 : 호기심천국 · 태그 : 과학이론, 물리이야기, 물리학, 원리, 지식베르너 하이젠베르크가 제시한 원리로서, 이에 의하면 어떤 물체 또는 전자와 같은 기본 입자들의 어떤 속성들은 동시에 정확히 측정될 수 없다. 예를 들어 이와 같은 입자들의 위치와 운동량은 동시에 정확히 측정될 수 없으며, 그 에너지는 또한 임의의 짧은 시간 동안에 정확히 결정될 수 없다. 간혹 이 원리를 측정 과정의 귀결로 간주하기도 하지만, 실제로 불확정성 원리가 말하는 것은 양자역학에 의하면 모든 입자는 어느 한순간에 정확한 위치와 운동량을 갖지 않는다는 사실일 뿐이다.
라는데... 어렵군요.
일단 이 이론에 대한 정확한 이해는 '양자'에 대한 이해가 선행되어야 할 것 같습니다. 양자는 이름을 들어서는 원자나 분자 정도가 생각나지요. 양자는 비슷하면서도 다르데요 일단 양자는 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위입니다. 게다가 단순한 입자가 아니라, 입자와 파의 성질을 함께 가지고 있다고 하는군요.
양자는 입자이면서 동시에 파의 성질을 가지고 있다
인문학도인 저로서는 잘 이해가 가지 않지만... 그렇다고 하는군요. 그리고 양자가 파의 성질을 가진다는 의미는 여러개의 양자가 모여서 파를 이룬다는 개념도 아니고, 하나의 양자가 물결치듯 나아간다는 의미도 아닙니다. 말그대로 하나의 양자가 입자이면서 동시에 파입니다. 말하자면 양자는 이중의 성질을 가지는 존재랍니다.
양자가 가지고 있는 재밌는 성질은 또 있습니다.
양자는 관측하기 전까지는 그 상태를 알 수 없는 성질이 있습니다. 말하자면, 직접 꺼내보기 전까진 양자가 0을 가지고 있는지 1을 가지고 있는지 알 수가 없습니다. 아니, 사실은 양자는 중첩된 상태를 가지기 때문에, 0과 1을 모두 가지고 있다는 군요.(!)
겹침 상태
칸막이로 나눠진 상자가 있다고 생각해 보자. 그리고 이 상자 안에 공이 하나 들어 있다고 하자. 이 경우, 공이 왼쪽에 들어있는지 오른쪽에 들어있을지는 뚜껑을 열어보기 전에는 알 수 없다.
하지만, 공 자체는 열어보기 전에 이미 왼쪽이나 오른쪽 둘 중 하나에 처음부터 존재해있었다. 즉, 상자의 뚜껑을 열고 확인(관측)하기 전에 이미 공의 위치는 결정되어 있다.
그런데, 양자의 세계에서는 이런 상식이 통하지않는다. 양자의 세계에서는 상자를 열어보기 전까진 공이 왼쪽에 있는 상태와 오른쪽에 있는 상태가 겹쳐있게 된다. 그렇다고 공이 두개로 불어난것도 아니다. 공 하나에 대한 두 가지 상태가 공존해 있는 것이다.
그리고 상자의 뚜껑을 열고 확인(관측)을 하게되면, 그때 공은 왼쪽이나 오른쪽 둘 중 하나의 상태로 확정된다. 따라서 공이 상자의 어느쪽에서 확인이 될지는, 관측전에는 전혀 알 수가 없고 관측 후에는 50%의 확률로 왼쪽에 존재, 혹은 50% 확률로 오른쪽에 존재하게 된다.
이 때문에 양자는 위치와 운동량, 둘 중 하나를 결정해 놓으면 나머지 하나가 불확실해집니다. 한마디로 양자는 관측하기 전에는 모든 것이 불분명한 상태이고, 관측하게 됨으로써 비로소 하나의 상태로 확정되어서 나타난다고 합니다. (관측하는 행위 자체가 양자의 상태에 영향을 주게됩니다) 이를 불확정성 원리라고 하구요.
물론 이 현상은 거시적인 현실세계에서는 일어나는 지도 확실하지 않고 확인하기도 극히 어렵습니다. 미시적인 세계에서나 가능하다고 할까요. 어찌보면 세상이 불합리한 이유도 이 현상 때문이기도 한 것 같습니다. 신은 주사위 게임을 좋아하나 봐요~
Trackback Address :: http://www.thirdtype.net/trackback/1366
