불확정성 원리
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불확정성 원리 (Uncertainty principle) 는 양자 역학에서 맞바꿈관측량 (Commuting observables)이 아닌 두 개의 관측가능량 (Observable) 을 동시에 측정할때, 그 정확도에 한계가 있다는 원리이다.
어떤 입자의 위치와 운동량의 경우를 예로 들면 두 관측가능량의 분산의 곱은 플랑크 상수로 표시되는 다음과 같은 한계를 가진다.
[편집] 불확정성원리의 예
- 인간의 관찰은 입자를 튕겨서 그 결과물을 이용할 수 밖에 없다.
- 그런데 이 입자가 충돌하면서 대상물을 교란시킨다.
- 예를 들어 전자가 광자(빛입자)와 충돌하면 컴프턴효과 라는 현상이 일어난다.
- 달리던 전자가 광자펀치를 맞고 옆으로 비껴나가는 것이며 그 펀치력을 '운동량' 이라 칭한다.
- 그렇다면 전자는 관측(광자 충돌) 행위때문에 속도와 방향 위치가 어긋난다.
- 최소한의 관측(광자한개)으로 일어나는 불확정성의 곱은 플랑크상수(h)/4π 이다.
[편집] 질문과 답
Q. 운동량이 없는 입자를 이용하면 되잖아요?
A. 우리가 아는 입자중에는 없습니다.
Q. 운동량 p=mv인데 광자는 질량이 0이니 0Xv=0 이 아닐까요?
A. 상대성 이론에 따르면 광자의 운동량 p=플랑크상수(h)/파장(λ) 이 됩니다. 아쉽게도 0이 아니군요.
Q. 그렇다면 파장을 무지 크게 하면 운동량이 무지 작아지잖아요.
A. 그렇습니다. 그대신 파장이 클수록 광자가 엉뚱한 방향으로 튕길 확률이 높습니다. 파장이 길수록 회절이 크게 일어나는 이유를 잘 생각해보세요. 위치정확도가 매우 떨어지게 되죠.
Q. 파장을 짧게하면 위치 정확도는 커지지 않습니까?
A. 그렇습니다. 그러나 파장이 짧으면 광자의 운동량이 매우 커지고 전자는 아주 엉뚱한 방향으로 가속을 크게 받게 됩니다. 그럼 속도정확도가 매우 떨어지는것이죠.
