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요약
1927년 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크가 어떤 물체의 위치와 속도를 동시에 정확하게 측정하는 것은 이론적으로 불가능하다고 주장한 법칙.
하이젠베르크의 불확정성 원리라고도 함.
실제로 정확한 위치, 정확한 속도라는 개념 자체가 본질적으로 아무 의미가 없다는 것이다. 일상적인 경험으로는 이 원리를 이해할 수가 없다. 자동차와 같은 물체의 속도와 위치를 모두 측정하는 것은 쉬운 일인데, 이는 불확정성 원리가 의미하는 불확정도가 일상적인 물체에 대해 관측하기에는 너무나 작은 값이기 때문이다.
이 원리에 따르면 위치와 속도의 불확정도를 곱한 양은 어떤 미세한 물리량, 즉 플랑크 상수 h/(2π)로서 약 10-34 J·sec[J는 줄] 이상의 값을 가진다. 원자나 원자구성 입자처럼 극히 작은 입자에서는 불확정도의 곱이 의미가 있다.
전자와 같은 원자구성 입자의 속도를 정확하게 측정하려고 하면 예측이 불가능한 방향으로 입자들이 튀어나와서, 이 입자의 위치를 동시에 정확하게 측정하는 것은 의미가 없게 된다. 이러한 결과는 측정기구와 측정기술의 적합성 여부나 관측자와는 아무런 관계가 없으며, 원자구성입자의 차원에서 입자와 파동 간의 본질적인 상호연관성 때문에 발생하는 것이다.
모든 입자는 그 자신에 파동의 성질을 갖고 있어서 각각의 입자가 실제로 파동과 같은 행동을 보인다. 입자는 이러한 파동의 진폭이 가장 큰 위치, 즉 가장 강도가 센 위치에서 발견될 확률이 크다.
그러나 파동의 강도가 강할수록 파장의 정의가 점차 모호하게 된다. 파장은 입자의 운동량을 결정하는 양이다. 따라서 아주 극소화되어 있는 파동은 파장을 결정할 수가 없으며, 이에 관련되어 있는 입자는 명확한 위치는 갖지만 속도는 불명확한 값을 갖게 된다. 반면에 파장이 잘 정의되어 있는 입자파는 분포가 퍼져 있어 이 파동의 입자는 어느 곳에서도 존재할 수가 있다. 2가지 측정값 중 어느 하나를 정확하게 측정하면 다른 값은 상대적으로 불확정도가 커진다.
불확정성의 원리를 입자의 운동량과 위치로도 표현할 수 있다. 입자의 운동량은 그 입자의 질량과 속도를 곱한 값이다. 따라서 입자의 운동량과 위치의 불확실 정도의 곱이 h/(2π) 이상의 값을 가진다.
이 원리는 에너지·시간과 같이 서로 연관된 측정에 적용되는데, 에너지 측정에서의 불확정도와 측정이 행해지는 시간의 불확정도를 곱한 값도 h/(2π) 이상의 값을 가진다. 불안정한 원자나 원자핵들이 좀더 안정한 상태로 전이할 때 방출하는 에너지의 불확정도와, 불안정한 계의 수명시간(life time)에서 나타나는 불확정도 사이에도 동일한 관계가 성립한다.
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