양자 역학은 고전 물리학과는 매우 다른 법칙을 따릅니다. Albert Einstein, Erwin Schrodinger, Werner Heisenberg, Niels Bohr, Louis De Broglie, David Bohm, Wolfgang Pauli 등 많은 영향력있는 과학자들이이 분야에서 일했습니다.
양자 물리학의 표준 코펜하겐 해석에 따르면 알 수있는 모든 것은 파동 함수에 의해 제공됩니다. 즉, 절대적인 용어로는 양자 입자의 특정 속성을 알 수 없습니다. 많은 사람들이이 개념이 불안정하다는 것을 발견하고 모든 종류의 사고 실험과 대안 적 해석을 제안했지만 원래 해석과 일치하는 수학은 여전히 증명합니다.
파장 및 위치
로프를 위아래로 반복적으로 흔들어서 아래로 이동하는 파도를 만드는 것을 생각해보십시오. 파장이 무엇인지 물어 보는 것은 이치에 맞습니다 – 이것은 측정하기에 충분히 쉽습니다 – 그러나 파동이 실제로 로프를 따라 계속되는 현상이기 때문에 파동이 어디에 있는지 물어 보는 것은 의미가 없습니다.
대조적으로, 단일 파동 펄스가 로프 아래로 보내지면 그것이 어디인지 확인하는 것이 간단 해지지 만 파동이 아니기 때문에 파장을 결정하는 것은 더 이상 의미가 없습니다.
또한 그 사이의 모든 것을 상상할 수 있습니다. 예를 들어, 위치가 다소 정의되고 파장도 있지만 둘 다 완전하지는 않습니다. 이 차이는 하이젠 베르크의 불확실성 원칙의 핵심입니다.
파동 입자 이중성
사람들이 광자와 전자기 복사라는 단어를 서로 다른 것으로 보이지만 교대로 사용하는 것을들을 수 있습니다. 광자는 일반적으로이 현상의 입자 특성에 대해 이야기합니다. 전자파 나 방사능에 대해 이야기 할 때는 파도처럼 속성.
광자 또는 전자기 복사는 입자-파 이중성이라고하는 것을 나타냅니다. 특정 상황 및 특정 실험에서 광자는 입자와 같은 동작을 나타냅니다. 이에 대한 한 가지 예는 표면에 닿는 빛이 전자를 방출하는 광전 효과입니다. 이 효과의 세부 사항은 빛이 방출되기 위해 전자가 흡수해야하는 개별 패킷으로 취급되는 경우에만 이해할 수 있습니다.
다른 상황과 실험에서는 파도처럼 행동합니다. 이에 대한 대표적인 예는 단일 또는 다중 슬릿 실험에서 관찰 된 간섭 패턴입니다. 이 실험에서 빛은 좁고 좁은 간격의 슬릿을 통과하여 결과적으로 파도에서 볼 수있는 것과 일치하는 간섭 패턴을 생성합니다.
더 이상하게도 광자 만이이 이중성을 나타내는 것은 아닙니다. 실제로 모든 기본 입자, 심지어 전자와 양성자까지도 이런 식으로 행동하는 것 같습니다! 입자가 클수록 파장이 짧아 지므로이 이중성이 덜 나타납니다. 이것이 우리가 일상적인 거시적 규모에서 이와 같은 것을 전혀 알아 차리지 못하는 이유입니다.
양자 역학 해석
뉴턴 법칙의 명확한 동작과 달리 양자 입자는 일종의 흐릿함을 나타냅니다. 그들이 무엇을하고 있는지 정확하게 말할 수는 없지만 측정 결과가 어떤 결과를 낳을 지에 대한 확률 만 제공합니다. 그리고 당신의 본능이 이것이 사물을 정확하게 측정 할 수 없기 때문이라고 가정한다면, 적어도 이론의 표준 해석 측면에서 당신은 틀릴 것입니다.
양자 이론에 대한 소위 코펜하겐 해석은 입자에 대해 알 수있는 모든 것이 그것을 설명하는 파동 함수 내에 포함되어 있다고 말합니다. 더 자세한 정보를 제공 할 추가 숨겨진 변수 나 우리가 발견하지 못한 것들은 없습니다. 말하자면 근본적으로 모호합니다. Heisenberg Uncertainty Principle은 이러한 모호함을 강화하는 또 다른 개발 일뿐입니다.
하이젠 베르크 불확실성 원리
불확실성 원리는 1927 년 코펜하겐에있는 Neils Bohr 연구소에서 일하던 독일 물리학 자 Werner Heisenberg가 처음 제안했습니다. 그는 "양자 이론 운동학 및 역학의 지각 내용"이라는 제목의 논문에 자신의 연구 결과를 발표했습니다.
원리는 입자의 위치와 입자의 운동량 (또는 입자의 에너지와 시간)을 절대적으로 확실하게 동시에 알 수 없다는 것입니다. 즉, 위치를 더 정확하게 알수록 운동량 (파장과 직접 관련이 있음)을 덜 정확하게 알 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
불확도 원리의 적용은 무수히 많으며 입자 제한 (포함하는 데 필요한 에너지 결정)을 포함합니다. 주어진 부피 내의 입자), 신호 처리, 전자 현미경, 양자 변동 및 영점 이해 에너지.
불확실성 관계
1 차 불확도 관계는 다음과 같은 부등식으로 표현됩니다.
\ sigma_x \ sigma_p \ geq \ frac {\ hbar} {2}
여기서 ℏ는 감소 된 플랑크 상수이고σ엑스과σ피위치와 운동량의 표준 편차입니다. 표준 편차 중 하나가 작을수록 보상을 위해 다른 쪽이 커져야합니다. 결과적으로 한 값을 더 정확하게 알수록 다른 값을 덜 정확하게 알 수 있습니다.
추가 불확실성 관계에는 각도의 직교 구성 요소의 불확실성이 포함됩니다. 운동량, 신호 처리에서 시간 및 주파수의 불확실성, 에너지 및 시간의 불확실성, 등등.
불확실성의 근원
불확실성의 원인을 설명하는 일반적인 방법 중 하나는 측정 측면에서 설명하는 것입니다. 예를 들어, 전자의 위치를 측정하려면 전자와 어떤 방식 으로든 상호 작용해야합니다. 일반적으로 광자 또는 다른 입자와 충돌합니다.
그러나 광자로 타격하는 행위는 운동량을 변화시킵니다. 뿐만 아니라 광자의 파장과 관련된 광자를 사용한 측정에는 어느 정도의 부정확성이 있습니다. 더 짧은 파장의 광자로 더 정확한 위치 측정이 가능하지만 이러한 광자는 더 많은 에너지를 전달하므로 전자의 운동량에 더 큰 변화를 일으킬 수 있으므로 위치와 운동량을 완벽하게 측정 할 수 없습니다. 정확성.
측정 방법은 설명 된대로 동시에 두 값을 동시에 얻는 것을 어렵게하지만 실제 문제는 그보다 더 근본적입니다. 측정 기능의 문제가 아닙니다. 이 입자들이 잘 정의 된 위치와 운동량을 동시에 가지지 않는 것은 이러한 입자의 기본 속성입니다. 그 이유는 이전에 만든 "줄 위의 파도"비유에 있습니다.
거시적 측정에 적용되는 불확실성 원리
사람들이 양자 역학 현상의 이상 함과 관련하여 자주 묻는 질문 중 하나는 일상적인 물체의 규모에서 이러한 이상 함을 어떻게 보지 못하는가하는 것입니다.
양자 역학은 단순히 더 큰 물체에 적용되지 않는 것이 아니라, 큰 규모에서 무시할 수있는 이상한 효과가 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어 입자-파 이중성은 물질 파동의 파장이 사라지고 입자와 같은 행동이 지배적이기 때문에 대규모로 눈에 띄지 않습니다.
불확실성 원칙에 관해서는 불평등의 오른쪽에있는 숫자가 얼마나 큰지 고려하십시오. ℏ/2 = 5.272859 × 10-35 kgm2/s. 따라서 위치 불확도 (미터)와 운동량 불확도 (kgm / s)는 이보다 크거나 같아야합니다. 거시적 규모에서이 한계에 가까워진다는 것은 불가능한 수준의 정확도를 의미합니다. 예를 들어 1kg의 물체는 1.00000000000000000 ± 10의 운동량을 갖는 것으로 측정 할 수 있습니다.-17 1.00000000000000000 ± 10의 위치에서 kgm / s-17 m 그리고 여전히 불평등을 충족시키는 것 이상입니다.
거시적으로 보면 불확도 불평등의 오른쪽은 무시할 수있을 정도로 상대적으로 작지만 양자 시스템에서는 무시할 수없는 값입니다. 다시 말해, 원리는 여전히 거시적 물체에 적용됩니다. 크기 때문에 관련성이 없어집니다!
