파동-입자 이중성 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
{{양자역학}}

'''파동-입자 이중성'''(波動粒子二重性, {{lang|en|wave–particle duality}})은 [[양자역학]]에서 모든 [[물질]]이 [[입자]]와 [[파동]]의 성질을 동시에 지니는 성질이다. [[고전역학]]에서는 파동과 입자가 매우 다른 성질을 지니지만, [[양자역학]]에서는 두 개념을 하나의 개념으로 통합한다.

역사적으로 파동-입자 이중성은 [[빛]]이 과연 입자인지, 아니면 파동인지에 대한 논란으로부터 비롯되었다. 빛이 두 가지 성질을 모두 지닌다는 사실이 실험을 통해 증명되었고, 이후 빛 뿐만이 아니라 다른 모든 물질도 입자와 파동의 성질을 둘 다 지닌다는 사실이 발견되었다.

== 역사 ==
물질의 파동-입자 이중성에 대한 논의는 '빛'에 대한 논의로부터 시작되었다.
* [[데모크리토스]]는 [[빛]]은 [[입자]]이라고 주장하였고, [[아리스토텔레스]]는 [[사원소설]]의 체계 안에서 [[빛]]은 [[파동]]이라고 주장하였다.
* 이후 [[이븐 알하이삼]]은 빛의 [[굴절]]과 [[반사]] 등의 현상에 기반하여 저서 《광학》(<span style="unicode-bidi: -webkit-isolate; unicode-bidi: -moz-isolate; unicode-bidi: isolate">{{llang|ar|كتاب المناظر}}</span>, 1021)에서 빛이 입자라고 주장하였다. [[르네 데카르트]]는 저서 《세계》({{llang|fr|Le Monde}}, 1633)에서 빛은 [[파동]]이라고 주장하였다.
* 18세기에 [[아이작 뉴턴]]은 저서 《광학》({{lang|en|Opticks}}, 1704)에서 빛은 작은 입자의 흐름이라고 하며 [[미립자설]]을 주장했다. 반면 동시대 사람인 [[크리스티안 하위헌스]] · [[로버트 훅]] 등은 [[빛]]은 [[파동]]이라고 주장하였다. 특히 훅은 '빛을 향해 빛을 쏘아도 충돌하지 않고 통과한다'<ref>야무챠, 《철학적 사고로 배우는 과학의 원리》</ref>는 실험결과를 통해 빛은 [[파동]]일 수 밖에 없다고 주장하였다. 하지만 이 당시에는 [[아이작 뉴턴]]의 권위로 인해 [[입자]]설이 우세하였다.
* 19세기에 [[토머스 영]]이 [[이중 슬릿 실험]](1801년)을 통해 빛의 [[파동]]설을 지지하였다. 이 실험 결과인 빛의 [[간섭]]무늬는 [[입자]]설로는 설명할 수 없었기에 [[파동]]설이 우세하였다. 이후 1818년, [[오위스탱장 프레넬]]({{lang|fr|Augustin-Jean Fresnel}})이 [[회절]]과 관련한 실험을 통해 [[파동]]설을 지지하였고, 또한 프레넬은 해결되지 않던 '[[편광]]'과 '[[복굴절 현상]]'을 빛이 [[파동|횡파]]라는 가정을 토대로 설명해냈다.
* [[제임스 클러크 맥스웰]]은 저서 《전자기장의 역학 이론》(1865)에서 [[맥스웰 방정식]]을 토대로 계산한 [[전자기파]]의 [[속력]]이 [[빛]]의 [[속력]]과 일치함을 밝혀냈다. 그 결과를 통해 [[맥스웰]]은 빛이 [[전자기파]]라고 주장하였다. 그리고 독일의 [[하인리히 루돌프 헤르츠]]가 실험을 통해 [[전자기파]]의 속력과 [[빛]]의 속력이 같음을 밝혀내었다. 이 즈음에는 빛은 [[파동]]이라고 거의 확정된 듯 보였었다
* 20세기에 [[알베르트 아인슈타인]]은 '빛은 [[입자]]([[광양자]])이다'라는 전제를 통해 [[광전효과]]를 설명한 논문을 발표(1905)하였고 많은 과학자들이 실험을 통해, [[빛]]은 [[전자]]와 충돌할 때 [[입자]]와 같이 행동함을 확인했다. 특히 [[로버트 앤드루스 밀리컨]]은 아인슈타인의 생각에 반하여 1915년, 실험을 시작했지만 정밀한 실험의 결과는 아인슈타인의 주장을 지지하였다.
* 1912년, 파울 크니핑({{llang|de|Paul Knipping}})과 발터 프리드리히({{llang|de|Walther Friedrich}})는 결정을 이루는 원자간의 좁은 틈을 이용하여 '라우에 반점'이라고 불리는 [[엑스선]]의 회절 사진을 얻었다. 이로써 엑스선은 파동이라는 증거를 얻었다. 그런데 드브로이는 1920년대 초, 엑스선으로도 광전효과를 확인할 수 있으며 즉, 에너지가 양자화되어있다는 것을 확인하였다. 비슷한 시기인 1922년에 [[아서 콤프턴]]은 엑스선 산란 연구를 한 뒤 그 결과를 분석한 바 엑스선은 입자와 같다고 발표하였다.(1923년)<ref>{{저널 인용|저자=이은경|저널=[[과학동아]]|제목=빛과 물질의 이중성|연도=2000|월=10}}</ref> 즉 엑스선에서도 입자성과 파동성이 모두 확인되었다.
* 이후 사람들은 [[빛]]이 [[파동]]의 성질과 [[입자]]의 성질, 모두를 가졌다고 받아들인다. 그리고 이는 아주 작은 세계에서만 일어난다고 하여 [[원자]]보다 작은 세계를 다루는 새로운 [[역학 (물리학)|역학]], [[양자역학]]을 만들었다.
* 빛에 국한되어있던 이중성(파동-입자 이중성)을 확장시켜, [[루이 드 브로이]]는 [[입자]]라고 생각해왔던 [[전자]] 역시 이중성을 가지고 있다고 착안, [[물질파]] 이론을 고안해냈다.(1924년)
* 1927년 [[클린턴 조지프 데이비슨]]과 레스터 저머({{lang|en|Lester Halbert Germer}})가 [[니켈]] 결정에 느리게 움직이는 [[전자]]를 쏘아 [[전자]]의 [[회절]]을 실험으로 확인하였다. 1928년, [[조지 패짓 톰슨]] 역시 [[전자]][[회절]]을 다른 실험으로 확인하였다.
* [[전자]]의 이중 슬릿 [[간섭]]무늬는 1961년에서야 독일의 클라우스 옌손({{llang|de|Claus Jönsson}})이 확인하였다.
* 이렇게 [[입자]]로 생각되던 [[전자]]를 [[파동]]으로 생각해보는 발상의 전환으로 [[간섭]]무늬 등 기존의 이론으로는 설명할 수 없었던 [[전자]]의 여러 현상을 깔끔하게 설명해낼 수 있었다.

== 빛의 이중성 ==
[[빛]]의 정체에 대한 논의는 아주 오래전부터 계속되었다. 위의 '역사'부분에서도 언급하였듯 고대의 [[데모크리토스]], [[아리스토텔레스]]부터 [[르네 데카르트]], [[아이작 뉴턴]], [[크리스티안 하위헌스]], [[토머스 영]], [[제임스 클러크 맥스웰]], [[하인리히 루돌프 헤르츠]], [[알베르트 아인슈타인]]에 이르기까지 많은 과학자들이 [[빛]]의 정체에 대해 논쟁하였고, 현재는 [[빛]]이 [[입자]]적 성질과 [[파동]]적 성질을 모두 가지고 있다고 설명한다.

아인슈타인은 [[광자]]의 에너지가 광자의 [[진동수]]에 비례함을 보였다. 즉, [[입자]]적 성질을 가진 [[광자]]가 [[파동]]이 가지는 성질인 [[진동수]]를 동시에 표현하였다.

=== 이중 슬릿 실험 ===
{{본문|이중 슬릿 실험}}
[[파일:Single slit and double slit2.jpg|270px|섬네일|단일 슬릿 실험 결과와 이중 슬릿 실험 결과]]

[[이중 슬릿 실험]]은 [[토머스 영]]이 한 실험으로 빛의 [[간섭]]무늬를 관찰하여 빛의 [[파동]]설을 강력하게 뒷받침한 실험이다.
이후 이 실험은 [[빛]] 뿐 아니라 일반적인 [[물질]]([[전자]] 등)들로도 행해졌다. 실험에 대해 간단히 설명하겠다.
[[파일:Double-slit experiment results Tanamura 2.jpg|150px|오른쪽|섬네일|이중 슬릿 실험]]

1 단일 슬릿
# 단일 슬릿(하나의 구멍이 있는 판)에 빛을 쏘아보낸다. 스크린에 관찰된 무늬는 가운데는 밝고 점차 옆으로 퍼지면서 흐려지는 모양이다. 이것은 빛의 [[입자]]설로도, [[파동]]설로도 모두 설명할 수 있다

2 이중 슬릿
# 이중 슬릿(판에 얇고 긴 구멍이 두 개 있는 구조)에 [[빛]]을 쏘아보낸다. 일반적인 생각으로는 두 개의 슬릿에 [[빛]]을 통과시킨다면 스크린에는 두 개의 단일 슬릿패턴이 합쳐진 모양이 관측될 것으로 예상된다. 하지만 실험 결과 스크린에 나타난 모양은 예상(단일 슬릿 실험시 관측된 패턴의 합)보다 더 넓을 뿐 아니라 밝은 부분과 어두운 부분이 번갈아서 나온다. 이는 [[빛]]을 [[입자]]로 생각하면 설명이 까다로웠으나, [[빛]]을 [[파동]]으로 보고 그에 따라 [[간섭]]무늬를 나타낸다고 할 때에는 쉽게 설명이 되었다. 즉 밝은 부분은 보강[[간섭]]을, 어두운 부분은 상쇄[[간섭]]을 한다고 생각하면 간단히 설명이 되었다.
# 이중 슬릿에 아주 약한 [[빛]]을 쏘아 보낸다. 그러면 스크린에는 빛의 위치가 점과 같이 하나씩 표시가 된다. ([[빛]]의 [[입자]]성을 보여주는 듯 함) 이 과정을 계속하면 처음에는 스크린에 점으로 관찰되다가 오랜 시간이 지나면 전체 형태가 [[파동]]의 [[간섭]]무늬와 같아진다. 이 현상을 설명하기 위해 사람들은 빛이 스스로와 간섭을 한다는 이상한 결론을 내렸다.<ref>Brian Greene, The Elegant Universe, p. 110</ref>
# 위의 2-2 실험을, 각 슬릿 옆에 관측기를 설치하여 매번 빛이 어느 슬릿을 통과했는지 관찰하게 되면 결과는 달라진다. 처음에는 점과 같이 스크린에 표시가 되지만 이후 그 점들을 모두 모으면 앞의 2-2의 결과와는 다르게 거시적으로 [[간섭]]무늬를 관찰할 수 없게 된다.

다시 한번 정리해보겠다. 2-1의 결과를 입자설로 설명을 하자면 처음에 스크린에 점과 같은 모양이 나오는 것은 당연한 것이며, 여러 입자가 동시에 두 슬릿을 통과하면서 서로 충돌하는데 그 경로가 스크린에 파동의 간섭무늬와 같은 모양을 나타내도록 충돌하는 것이라고 말할 수 있다. 같은 결과를 파동설로 설명을 하자면, 파동의 간섭무늬가 나온 것은 당연한 이야기이고, 처음에 점으로 표시되는 현상은 가는 파동이 아주 얇은 슬릿을 통과하기 때문에 마치 점처럼 스크린에 나타났다고 설명할 수 있다.
하지만 2-2,2-3은 입자설로도, 파동설로도 설명하기가 어렵다. 왜냐하면 '하나씩' 보냈기 때문에 [[간섭]]을 할 수가 없는데 결론은 [[간섭]]을 한 것과 같기 때문이다. 그래서 사람들은 [[빛]]은 스스로 [[간섭]]을 한다는 이상한 결론을 내렸고, [[빛]]은 누군가에게 관측당하면(2-3) 스스로 [[간섭]]하던 것을 멈추고 [[입자]]와 같이 행동을 한다는 한층 더 이상한 결론을 내렸다. (물질의 이중성 중 [[코펜하겐 해석]] 참조)

=== 광전효과 ===
{{본문|광전 효과}}
[[파일:Photoelectric effect in a solid - diagram.svg|150px|오른쪽|섬네일|광전효과에 대한 간단한 모식도]]

[[광전효과]]란 [[빛]]을 금속 등의 물질에 비추어주었을 때 [[전자]]가 튀어나오는 현상이다.

‘빛의 파동설’에 따라 [[광전효과]]의 결과를 예측해보면, 빛은 [[파동]]이므로 빛의 [[파장]]이 짧아질수록(즉 빨간색 빛에서 보라색 빛으로 갈수록) 에너지가 커진다. 또한 [[파동]]은 [https://en.wikipedia.org/wiki/Superposition_principle 중첩] 이 되므로 긴 [[파장]]의 [[빛]]이라도 [[빛]]의 세기([[빛]]의 양)만 크게 해주어도 [[에너지]]가 커질 것이다. 이처럼 [[빛]]의 [[에너지]]가 큰 경우에는 [[빛]]을 비춰줬을 때 튀어나오는 [[전자]]의 개수도 더 많고 [[전자]]의 [[운동에너지]] 역시 더 클 것이다.

하지만 [[광전효과]]의 실험 결과는 [[파동]]설의 예측과는 달랐다. 물론 짧은 [[파장]](혹은 보라색)의 [[빛]]을 비추어주었을 때에는 [[전자]]가 큰 운동 [[에너지]]를 가지고 튀어나왔다. 하지만 보라색 빛이라도 튀어나오는 [[전자]]의 개수가 많지는 않았다. 즉 [[파장]]과 튀어나오는 [[전자]]의 개수는 무관했다. 그리고 만약 빛이 [[파동]]이라면 비록 긴 [[파장]]의 빨간 빛이라도 세게 비추어주기만한다면 [https://en.wikipedia.org/wiki/Superposition_principle 중첩] 될 수 있기 때문에 충분히 [[에너지]]가 커져 빛에 의해 [[전자]]가 튀어나와야했다. 하지만 긴 [[파장]](혹은 빨간색)의 [[빛]]을 강하게 비추어줬을 때에는 [[전자]]가 튀어나오지 않았다. 이는 마치 [[전자]]를 튀어나올 수 있게 하는 한계 [[파장]](혹은 [[에너지]])가 존재하는 듯한 양상이었다. 그리고 같은 [[파장]]의 [[빛]]을 비추어주면 빛의 세기에 따라 튀어나오는 [[전자]]의 개수는 달랐지만 튀어나오는 [[전자]]의 운동에너지는 같았다. 즉 빛에 의해 튀어나오는 광전자(photoelectron)의 운동에너지는 오직 [[빛]]의 [[파장]]에만 관계가 있었다. 또한 튀어나오는 총 [[전자]]의 수는 (한계 파장, 혹은 에너지 이상의) [[빛]]의 세기에만 관계가 있었다.

[[빛]]의 [[파동]]설로 [[광전효과]]를 설명하기에는 앞에서 말했듯이 한계가 있다. 이를 설명하기 위해 [[아인슈타인]](Albert Einstein)은 [[플랑크]](Max Karl Ernst Ludwig Planck)의 양자 가설을 빛을 바라보는 관점에 도입, [[빛]]을 [[입자]]로 생각하였다. 후에 [[아인슈타인]]은 이로 인해 [[노벨 물리학상]]을 받았다. 아인슈타인에 의하면 위의 현상은 다음과 같이 설명된다. 빨간 [[빛]]은 에너지가 작은 [[입자]]들이 모인 것이고, 보라색 [[빛]]은 에너지가 큰 [[입자]]들이 모인 것이라고 생각하자. 빨간 빛의 경우, 각각의 빛 알갱이(혹은 입자)들의 [[에너지]]가 작으므로 아무리 많은 양의 빛 입자들을 [[전자]]에 쏘아주더라도 [[전자]]는 결합을 끊고 나가기에 충분한 [[에너지]]를 얻지 못하므로 금속에서 [[전자]]가 방출되지 못한다. 하지만 보라색 [[빛]]은 전체 빛의 세기가 약하더라도 각각의 빛 알갱이들이 큰 에너지를 갖고 [[전자]]와 충돌하기 때문에 [[전자]]를 금속에서 빠져나올 수 있게 할 뿐 아니라 빠져나온 전자는 큰 [[운동 에너지]]를 가지게 되는 것이다. 물론 강한 보라색 빛, 즉 큰 에너지를 가진 빛 알갱이들을 많이 비춰주면 당연히 많은 [[전자]]들이 크고 동일한 [[운동 에너지]]를 가지고 방출될것이다.

[[아인슈타인]]의 [[광전효과]]를 간단히 정리하자면, 빛은 [[광자]]라는 알갱이로 이루어져있으며, 이 [[광자]] 하나하나가 가지는 [[에너지]]가 클수록 충돌하여 빠져나오는 [[전자]]의 에너지가 크다는 것이다.

== 물질의 이중성 ==
일반적으로 모든 [[물질]]은 [[입자]]성과 [[파동]]성을 동시에 가지고 있다. 다만 [[파동]]으로 생각했던 [[빛]]이 입자라는 사실이 먼저 밝혀진 것이다. [[입자]]라고 생각한 [[전자]]가 [[파동]]임을 보인 것은 프랑스의 [[루이 드 브로이]]이다. 그는 1924년, 모든 물질은 [[파동]]의 성질을 가지고 있다고 주장하고 물질마다의 [[파동]]을 ‘[[물질파]]’라고 주장하였다. 1927년에 미국의 [[클린턴 조지프 데이비슨|데이비슨]]이 실험적으로 [[전자]]에 [[파동]]적 성질이 있다는 것을 증명하였다. 모든 물질에 파동성이 있지만 그것을 확인하기 힘든 이유는 파장이 매우 짧기 때문이다. 정확한 계산은 밑의 '드 브로이 물질파' 설명을 참고하도록 한다.

=== 물질파 ===
{{본문|물질파}}
[[물질파]]란 물질마다 가진 [[파장]]을 의미한다. 이는 이론 물리학자인 [[드 브로이]]가 발표한 논문에서 나오는 것으로, 이 논문의 주 내용은 모든 물질은 [[파동]]성과 [[입자]]성을 동시에 가지며, 그 [[파장]]은 [[입자]]의 [[운동량]]에 반비례하고 [[진동수]]는 입자의 [[운동에너지]]에 비례한다는 것이다.<ref>[[물질파]]</ref> 물질파 [[파장]]은 다음과 같이 나타내진다.
:<math>\lambda=\frac{h}{mv} </math>
여기서 <math>\lambda</math>는 물질파의 [[파장]], <math>h</math>는 [[플랑크 상수]], <math>m</math>은 입자의 질량, <math>v</math>는 입자의 속력이다. 이 식은 이후 [[데이비슨-저머 실험|데이비슨-거머 실험]]에 의해 증명되었다.

거시적인 세계에서 일상적인 물체의 [[물질파]]를 확인하기 힘든 이유는 [[플랑크 상수]]가 매우 작은데 비해 [[운동량]]이 크기 때문이다. 즉 그 [[파장]]이 매우 작고, 그 [[파장]]은 현재 우리가 관측할 수 없을 정도로 작기 때문이다. 하지만 [[원자]] 이하의 세계를 다루는 경우([[양자역학]])에는 [[운동량]]이 매우 작기 때문에 [[파장]]이 쉽게 관측할 수 있을 정도로 크다. 그래서 [[물질]]의 이중성이 [[원자]]이하의 세계에서 더 뚜렷하게 관찰된다.

=== 전자의 이중 슬릿 실험 ===
[[전자]]를 이용해서도 ' [[빛]]을 이용한 이중 슬릿 실험 '과 같은 실험을 수행하고 같은 결과를 얻을 수 있다. 유일한 차이는 [[단색광]]이 아닌 [[전자]]를 이용한다는 점이다.

[[파일:Double-slit schematic.svg|350px|섬네일|이중 슬릿 실험에서 파장 계산하기]]

이중 슬릿 실험에서는 쏘아주는 물질의 파장을 통해 스크린에 나타날 무늬간의 간격도 알 수 있고, 역으로 무늬간의 간격과 슬릿과 스크린사이의 거리, 두 슬릿 사이의 거리를 통해 물질의 파장을 역으로 추적할 수도 있다.

오른쪽 그림을 참고하면서 수식을 보도록 하자.
<math>\Delta s</math>는 파장이 두 슬릿을 통과하여 스크린의 한 점에 도달할 때 두 경로의 차이이다. 그리고 a는 두 슬릿 사이의 간격을 의미한다. 그렇다면 이들의 관계는 다음과 같이 표시할 수 있을 것이다.
:<math>\sin \alpha' = \Delta s / a </math>

그리고 큰 삼각형을 주목하자. 슬릿에서 스크린까지의 거리를 d로 두고, 스크린에서 제일 밝게 나타난 부분으로부터 그 다음 밝은 무늬까지의 거리를 x로 두면 그들의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있을 것이다.
:<math> \tan \alpha = x / d </math>
그런데 <math>\alpha</math>가 작을 경우 <math>\tan \alpha</math> 와 <math> \sin \alpha</math>는 거의 같다고 근사시킬 수 있다.
:<math>\sin \alpha \approx \tan \alpha </math>
또한 d가 x에 비해 많이 클 경우, <math>\sin \alpha</math> 와 <math>\sin \alpha'</math>는 거의 비슷하다.
:<math>\sin \alpha' \approx \sin \alpha</math>
위의 식들을 정리하면 다음과 같은 관계식을 얻을 수 있다.
:<math>x = \Delta s \cdot d / a </math>

그리고 x가 제일 밝은부분으로부터 그 다음 밝은 부분까지의 거리라고 하였으니, 보강 간섭이 일어나는 곳이다. 즉 이 x가 파장의 정수배(이 경우에는 n=1)가 된다는 의미이다.
:<math>x = n \lambda </math>

마지막 두 식을 이용하면 우리가 알고있는 값들(a, d, x, <math>\Delta s</math>)로 파장을 알아낼 수 있다.

== 양자역학의 해석 ==
{{본문|양자역학의 해석}}

[[이중 슬릿 실험]], 특히 관측의 유무에 따라 광자, 혹은 [[전자]]의 특이한 행동 - 관측하지 않으면 [[파동]]처럼, 관측하면 [[입자]]처럼 행동 - 을 설명하기 위해 여러 가지 접근이 시도되었다. 그리고 그것을 조금 더 확장하여 이중 슬릿 실험에서 뿐 아니라 [[고전 역학]]으로 쉽게 설명되지 않는 여러 현상들이 어떠한 물리적인 의미를 가지게 되느냐에 대해서도 논의하게 되었고, 그로 인해 '[[양자역학]]'과 여러 해석들이 탄생되었다. 여기서 몇가지 해석들을 간단히 소개하도록 하겠다.

=== 코펜하겐 해석 ===
{{본문|코펜하겐 해석}}
[[코펜하겐 해석]]은 [[보어]](Niels Henrik David Bohr), [[하이젠베르크]](Werner Karl Heisenberg) 등 당대 유명한 물리학자들이 함께 만든 것으로서 [[양자역학]]에서 가장 널리 받아들여지고 있는 정통해석이다.<ref>[[코펜하겐 해석]]</ref> [[코펜하겐 해석]]의 관점에서는, '관측'이 중요시 여겨진다. 즉, 관측하기 전에는 여러 가지 상태가 중첩되어 존재한다. 코펜하겐 해석은 이를 확률을 의미하는 [[파동함수]]([[슈뢰딩거 방정식]])로 나타낼 수 있다고 한다.(좀 더 자세히 말하자면, [[슈뢰딩거 방정식]]의 파동 함수의 제곱이 [[확률밀도]]에 비례한다고 본다.) 하지만 관측하는 그 순간 상태는 더 이상 [[확률]]이 아닌 특정한 한가지로 정해지게 된다고 주장한다. 즉, 하나의 상태는 객관적인 사실로 존재하는 것이 아니라 관측자와의 상호작용의 결과라고 주장한다.<ref>https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3568514&cid=58941&categoryId=58960</ref>

예를 들자면, [[이중 슬릿 실험]] 결과를 해석할 때에는 있는 실험 결과를 있는 그대로 받아들여서 관측하기 전 까지는 [[파동]]이었다가 관측하는 순간 [[입자]]가 된다고 주장한다. 즉, 스크린에 도달하여 관측되기 전 까지는 [[파동]]이므로 [[전자]](혹은 빛)는 동시에 두 슬릿을 통과할 수 있다. 좀 더 엄밀하게 말하자면, 두 슬릿을 각각 A슬릿, B슬릿으로 두었을 때 처음에 [[전자]](혹은 빛)를 보내면 [[전자]](혹은 빛)가 '슬릿 A를 통과 할 가능성'과 ' 슬릿 B를 통과 할 가능성'이 동시에 존재한다. 이 말을 다르게 표현하자면, 'A에 있을지도 모르는 [[전자]](혹은 빛)'와 'B에 있을지도 모르는 [[전자]](혹은 빛)'가 동시에 존재하는 것이다. 이는 [[전자]](혹은 빛)의 [[파동]]성을 의미한다. 이후 스크린에 도달하여 [[관측]]이 되면 그제서야 [[입자]]가 된다는 것이다.

[[코펜하겐 해석]]의 가장 기본적인 두가지 원리는 [[상호보완성|상보성 원리]]와 [[불확정성 원리]]이다.
간단히 소개하겠다.

''' [[상호보완성|상보성 원리]]'''는 물리적 실재에 대한 성질들은 상호보완적인 짝을 이루어 존재한다는 것이다. 즉 어떤 물리적 실재는 경우에 따라 A로도 B로도 존재할 수 있음을, 하지만 동시에 A이자 B일 수는 없음을 의미한다. 예를 들면 [[빛]]은 경우에 따라 [[입자]] 혹은 [[파동]]으로 행동할 수 있지만 동시에 [[입자]]이며 [[파동]]일수는 없다. 파동 입자의 이중성 이외에도 [[운동량]]과 위치 등도 [[상호보완성|상보성원리]]로 설명할 수 있다.<ref>[[상호보완성]]</ref>

'''[[불확정성 원리]]'''는 [[하이젠베르크]]가 주창한 것으로, [[위치]]와 [[운동량]]은 동시에 온전하게 측정될 수 없으며 두 측정값의 오차는 특정 값보다 줄어들 수 없다는 것이다. 간단히 다음과 같이 나타내진다.

:<math>\Delta x \Delta p \ge {\hbar \over 2}</math>
x: 위치
p: 운동량
:<math>\hbar</math>: [[플랑크 상수]]

이 원리는 [[양자역학]]을 위해 새로 만들어낸 것이 아니라 [[양자역학]]의 통계적 해석으로부터 얻어진 결과이다.<ref>[[불확정성 원리]]</ref> 이 오차보다 줄어들 수 없는 이유에 대한 한가지 견해는 '관측'을 할 때 관측대상에게 아무런 영향을 주지 않는 것이 불가능하기 때문이다. 예를 들자면, [[전자기파]]로 어떤 대상을 관측할 때 위치를 정확하게 알아내기 위해 짧은 [[파장]]을 이용하게 되는데 파장이 짧아질수록 [[전자기파]]의 [[에너지]]가 커지기 때문에 [[전자기파]]의 [[운동량]]은 점점 더 불확실해지고 그 측정값의 오차가 점점 더 커지게 된다. 따라서 위치와 운동량의 측정값 곱은 어느 한계치보다 작아질 수 없다

[[코펜하겐 해석]]은 여러 과학자들의 비판을 받아왔다. 그 중 한가지 이유는 우리가 '관측'을 하는 행위가 너무 중요해서 그로 인해 세상이 결정된다는 것은 너무 말도 안되는 이야기라고 생각되었기 때문이다. [[아인슈타인]]은 '누군가 달을 보고 있을 때만 달이 존재하는가? 그렇지 않을 것이다'라며 끝까지 이 해석을 받아들이지 못하고, 여러 사고실험, 특히 '[[EPR 역설]]'로 이 해석에 반기를 들었다. 하지만 이후 '[[벨의 부등식]]'과 그 부등식의 실험적 검증으로 인해 [[아인슈타인]]이 틀렸고 [[양자역학]]의 원리가 옳다는 것이 증명되었다. 또한 [[슈뢰딩거]]는 '[[슈뢰딩거의 고양이]]'라는 [[사고실험]]을 통해, 이러한 불확정성이 원자 이하의 미시세계가 아닌 거시세계로 확장된다면 얼마나 이상하게 느껴질지 생각해보게끔 만들고, 이를 통해 이 해석에는 문제가 있을 것이라고 주장하였다. 하지만 관측의 중요성을 강조하여 혹자는 '인간의 마음은 양자역학을 넘어선 특별한 존재이다. 그래서 관측에 따라 물질의 상태가 정해지는 것이다' 라고도 하였다.

=== 드브로이-봄 이론 ===
'''드브로이-봄 이론'''({{lang|en|de Broglie–Bohm theory}}) 또는 '''파일럿 파동 이론'''({{lang|en|pilot-wave theory}})은 [[데이비드 봄]]이 주장한 것으로, [[전자]](혹은 [[입자]])는 이동하기 전에 [[파동]]을 내보내고(파일럿파) [[전자]](혹은 [[입자]])는 이 파동을 타고 이동한다는 것이다. 이 해석이 코펜하겐 해석보다는 좀 덜 이상하게 여겨질 수도 있겠지만 안타깝게도 파일럿파는 관측되지 않을 뿐더러 입자보다 먼저 움직이는 파동이므로 앞으로도 관측이 불가능하다. [[파일럿 해석]]의 결과는 [[확률]]을 나타낼 뿐이며 [[코펜하겐 해석]]이 식도 더 간단하므로 [[코펜하겐 해석]]이 더 보편적으로 받아들여지고 있다.

=== 다세계 해석 ===
{{본문|다세계 해석}}
[[휴 에버렛]]({{lang|en|Hugh Everett III}})이 주장한 해석으로서 인간에게도 (관측대상에게 그랬듯이) [[양자역학]]을 적용, 인간 역시 여러 상태가 중첩되어있는 것으로 이해하였다. 그래서 [[확률]]에 따라 가능한 여러 가지 경우의 수만큼의 세계가 존재하며, 그 세계들 간에는 상호작용이 없다고 하였다. 이 해석 역시 몇 개의 [[우주]]가, 얼마나 존재하는가, [[확률]]에 따라 어떻게 결정되는가 등의 몇가지 문제점을 가지고 있지만 [[코펜하겐 해석]]과 더불어 현재 제일 보편적으로 받아들여지는 해석이다.

=== 서울 해석 ===
1986년부터 [[장회익]]과 여러 [[한국]]의 물리학자, 철학자들이 모여서 만들어가고있는 해석으로서 현재까지도 발전해나가고있는 해석이다. 이 해석의 장점은 [[상호보완성|상보성 원리]]나 [[불확정성 원리]] 등을 도입하지 않고 [[양자역학]]을 이해하려고 시도한다는 것이다. 이 해석을 간단히 정리하자면, 물리적인 대상에는 [[확률]]이 존재하지 않고 [[인식]]에만 [[확률]]이 존재한다는 것이다. 그리고 측정하는 순간 세계가 늘어나는 것이 아니라 불연속적으로 새로 시작한다고 보는 것이다.

이처럼 [[양자역학]]은 뉴턴 이후부터 이제까지 물리학자들이 가진 [[결정론]]적 사고 - 물리법칙으로 모든 미래를 예측할 수 있다 - 가 맞는 것인지에 대해 다시 한번 생각하게끔 만들어주었다. [[양자역학]]의 여러 논쟁들과 해석들은 매우 철학적이다. 하지만 과학계에서는 철학적인 논의는 뒤로 하고, 일단 이론을 적용하여 계산하였을 때 많은 현상들을 예측할 수 있었기 때문에 일단 [[양자역학]]을 받아들이고 그 활용에 더 집중하고 있다.

== 각주 ==
{{각주}}

== 같이 보기 ==
* [[광전효과]]
* [[이중 슬릿 실험]]
* [[양자역학]]
* [[물질파]]

== 참고 자료 ==
* 곽영직, (곽영직 교수의 물리 5부작) 빛 물리학, 동녘, 2008
* 야무챠, 철학적 사고로 배우는 과학의 원리, G brain, 2008
* 다케우치 가오루, (한권으로 충분한) 양자론: 불확정성의 원리에서 '무한대 해'의 난제까지, 전나무숲, 2010
* http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/light_quantum/photon/photon6.html {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20160207022414/http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/light_quantum/photon/photon6.html}}
* http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/wave_particle//matterwave/matterwave2.html {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20160304084925/http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/wave_particle//matterwave/matterwave2.html}}
* 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

== 외부 링크 ==
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3567846&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 물질파]
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3568033&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 코펜하겐 해석]
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3571786&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 양자역학]
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3568514&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 양자 세계의 해석]
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3567650&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 빛의 이중성]
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3567846&cid=58941&categoryId=58960 네이버캐스트 - 물질파]

{{전거 통제}}

[[분류:초기 양자역학]]
[[분류:쌍대성이론]]
[[분류:입자]]