불확정성 원리
하이제베르그(Heisenberg)의 불확정성 원리(uncertainty principle)에 따르면 아래 내용 중 어느 것에 불확정성 h가 항상 존재하는가?
a) 입자의 운동량
b) 입자의 에너지
c) 공간에서 입자의 위치
d) 입자의 생명의 길이
e) 위의 내용 중 어느 것도 해당 안 됨.
불확정성 원리 : 답 e 불확정성 원리는 전자나 양자 등의 입자가 파와 같은 성질을 가지기 때문에 생긴 이론인데,파는 입자의 운동량, 에너지, 각운동량과 같은 입자의 운동상태를 나타내는 것이며, 파는 공간과 시간을 통해서 진행하는 것이다.
공간을 통해 운동하는 파의 파장은 그 입자의 운동량을 나타내고, 시간을 따라 운동하는 파의 주파수는 그 입자의 에너지를 나타낸다. 그렇지만 파는 입자의 상태를 아주 잘 나타내지는 않는다.
공간의 한 곳에서 있을 수 있지만 파는 그렇지 않다. 이와 같이 파와 입자 사이의 모순을 해결할 수 없었기 때문에 불확정성 원리를 사용하였다. 만약 파가 계속 진행하지 않고 한 장속에 있다면 이것은 입자와 같은 것이다. 이런 파의 종류를 '파속'(wave packet)라 하는데, 이것은 영원히 진행하는 간단한 파가 수없이 많이 더해져서 만들어진다.
많은 파를 더하면 서로 주파수가 틀려서 일부는 위상이 일치하는 반면에 일부는 위상이 맞지 않는 상태로 되어 위상이 일치하는 곳에서만 파가 존재하고 나머지 부분에서는 완전하게 서로 상쇄되어 없어져 버린다.
이와 같이 하여 다른 종류의 파를 합하여 파속을 만들 수 있는데, 우리는 이것을 입자라고 부른다. 파장이나 주파수는 입자의 운동량이나 에너지를 나타내는데, 이와 같은 입자는 자동적으로 운동량이나 에너지가 혼합된 성질을 가진다. 그러한 운동량이나 에너지는불확정성을 가지는데, 물론 단지 하나의 파로부터 입자가 만들어진다면 운동량이나 에너지에는 불확정성이 없다.
이것은 하나의 파는 파속을 만들지 않고 영원히 진행하며 입자의 위치나 시간이 어디에 존재하는지 알 수 없기 때문이다. 불확정성을 고려할 때에는 운동량과 에너지의 관계로 하든지 위치와 시간의 관계로 하든지 한가지 방법을 택하면 된다.
우리는 플랑크(Plank)상수로 알려진 h를 사용하여 얼마나 큰 불확정성이 존재하는지 표시할 수 있다. h는 빛의 속도, 전자 속의 전하의 양 등과 같이 우주의 기본적인 상수인데, 광자, 전자 등의 세계에서는 작은 수이지만 항상 영향을 끼치고 있기는 하다. 운동량과 에너지의 불확정성의 곱은 최소한 h의 값을 가지고 있다.
