양자역학-상호보완성, 입자인가 파동인가?

양자역학-상호보완성

Richard Feynmann은 상호보완성(complementary : 전통적인 좁은 의미에서 양자 역학적인 하나의 대상이 예를 들면 빛과 같이 경우에 따라 입자 혹은 파동으로 행동할 수 있는 것을 의미한다. 그러나 절대 동시에 입자이며 파동일 수는 없다는 점에서 상호보완성이라고 부른다. 대상이 가진 입자성을 더욱 명확하게 하려고 하면 할수록 대상의 파동성은 더욱 찾아볼 수 없게 되어 버린다)은 양자 이론의 핵심에 있는 핵심적인 신비라고 여러 번 언급하였습니다. 

상호보완성은 양자와 같은 아주 작은 세계를 지배하고, 입자와 파동은 서로 구분할 수 없다는 것입니다. 입자와 파동이 하나와 같은 것입니다.

토마스 영의 이중 슬릿 실험 (이미지) 

무언가를 생각하거나 무언가를 "입자"또는 "파동"과 같이 시각화하려고 하는 것은 무의미하다는 것입니다. 입자 / 파동 / 원하는 것이 무엇이든 입자도 아니고 파동도 아닌 상태가 중첩되어 있습니다. 은폐 장치에서 풀어내는 것이 무엇인지를 측정 하려는 행위이며, 입자 또는 파동으로 드러납니다.

입자로 찾으면 입자가 됩니다. 대신에 파동으로 찾으면 파동을 볼 수 있습니다.

양자역학에서, 상보성 원리(相補性原理, complementarity principle)는 양자역학적 물체가 어떤 실험을 하느냐에 따라 파동 또는 고전적 입자의 성질을 보인다는 원리입니다. 

상호보완성은 전통적인 좁은 의미에서 양자 역학적인 하나의 대상이 

예를 들면, 빛과 같이 경우에 따라 입자 혹은 파동으로 행동할 수 있는 것을 의미합니다. 그러나 절대 동시에 입자이며 파동일수는 없다는 점에서 상호보완성이라고 합니다. 대상이 가진 입자성을 더욱 명확하게 하려고 하면 할수록 대상의 파동성은 더욱 찾아볼 수 없게 되어 버리는 것이지요.

이러한 양자물리학에서의 상호보완성의 개념이 큰 의미를 갖는 것은 이것이 어떤 물리적 실재의 특정한 성질들을 측정할 수 있거나 알 수 있는지를 말해줄 뿐만 아니라, 더욱 중요하게 물리적 세계속에 존재하는 대상의 성질을 얼마나 한계지을 수 있는지를 정량적으로 말해주기 때문입니다. 

정리해 보면, 

양자물리학에서 설명하는 내용을 보면 상당히 혼란스럽습니다.

간섭과 회절을 일으키는 빛은 에너지를 광양자의 다발로 공급합니다. 공간을 직선으로 움직이면서 충돌을 하는 전자 또한 파동처럼 간섭무늬를 만들게 되지요.그러나 이러한 혼란 속에서도 이에 준하는 질서는 존재한다. 빛과 전자의 거동은 똑같은 방법으로 혼돈을 일으킵니다. 왜냐하면 빛이나 전자 모두 다 파동과 입자의 특성을 나타내기 때문이지요.

양자물리의 기초를 만든 덴마크의 물리학자 닐스 보어는 이중성의 양립에 관한 이론을 정립하고 이것을 상보성이라고 하였습니다. 그의 개념에 의하면 양자현상은 상보적인 성질을 가지며, 즉, 입자 또는 파동으로 나타나는 이중성도 실험의 종류에 따라 하나의 성질로만 나타난다는 것입니다. 각각의 에너지나 운동량의 변화를 조사하기 위한 실험에서는 입자의 성질이 나타나고 공간의 에너지 분포를 조사하기 위한 실험에서는 파동의 성질이 나타납니다. 파동의 성질을 나타내는 빛과 입자의 성질을 나타내는 빛은 서로 보완하는 관계에 있어서 빛을 이해하기 위해서 두가지가 모두 필요한 것입니다.