(양자역학) 입자와 파동의 이중성 (duality) 그리고 상보성 원리

[해탈]

양자역학에서 입자와 파동의 이중성(duality)은 필요한 개념일까요?
그럼 불확정성 원리는 어떨까요?

아마도 다음과 같이 대답할 것으로 예상됩니다.
"불확정성 원리는 꼭 필요하지만 이중성은 폐기되어야 한다."
동의하지 않는 사람이 있을지도 모르겠지만, 적어도 전 동의합니다.

그럼, 누군가 다음과 같이 질문하겠죠.

"이중성은 왜 폐기되어야 할 개념인가?
불확정성 원리와 비슷한 면이 있지 않나?"

불확정성 원리와 같거나 더 근본적인 원리로
보어의 상보성 원리(complementary principle)를 생각할 수 있습니다.
보어의 상보성 원리는 너무 추상적이라고 주장하는 사람이 있겠지만,
1990년 전후부터 나온 연구결과에 따르면

불확정성 원리처럼 상보성 원리도 실험이 가능합니다.
특히, 상태함수 혹은 상태벡터를 규정할 수 있는 최소의 실험장치는 상보성 원리에 따라 구성됩니다.

상보성 원리에 따르면 양자의 입자적 성질과 파동적 성질은 서로 보완적입니다.

그럼 다음과 같은 질문을 예상할 수 있습니다.

"어라? 그렇단 얘기는 이중성이 맞다는 얘기 아닌가?
이중성과 상보성이 다른건가?"

이중성과 상보성에는 넘을 수 없는 벽이 하나 있습니다.

그 벽은 양자역학, 특히 코펜하겐 해석의 근간을 이루고 있는 개념입니다.

바로 측정의 문제입니다.

코펜하겐 해석에 따르면,

측정이전에는 양자의 성질에 대해 논할 수 없습니다.

즉, 객관적 기술이 불가능합니다.

대신, 측정장치를 준비하면

어떤 측정결과가 나올 것인지에 대한 가능성, 즉 확률에 대해서는 말할 수 있습니다.

이중성은 

양자가 입자적 성질과 파동적 성질을 (측정이전에) 원래부터 함께 갖고 있는데,

측정하면 해당하는 성질을 드러내는 것을 말합니다.

이때, 이중성이란 말이 풍기는 뉘앙스는

양자가 원래부터 두 성질을 함께 갖고 있다는 점입니다. 측정이전에...

반면에 상보성은

측정이전에는 양자가 이중적 성질을 갖고 있었는지 아닌지 알 수 없고,

1) 측정을 해야만 알 수 있는데,

2) 측정을 해서 두 성질 중에 하나가 확실하면 다른 하나는 불확실해짐을 말합니다.

어떤 사람은 이중성과 상보성을 혼용하면서 아무런 문제가 없다고 말하기도 합니다.

하지만, 이중성이란 말은 분명 오해의 소지가 다분히 있어서

최근엔 많은 사람들이 사용하기를 꺼려하는 추세입니다.

[MrPsi]

와.. 그렇군요.. 저는 그냥 막 혼용해서 사용했었네요.. 잘 배웠습니다.. ^^;

[정호]

정확히 어느 하나가 옳기에 살아남고 어느 하나가 틀리기에 폐기되어야 한다는 것의 성질이라기보다... 어느 하나가 어느것 우위에 있느냐 하는 문제가 아닐까 싶은데요.. ^^ 저도 상보성에 손을 들어주고 싶고, 그것은 상보성으로 이중성이 말하는 모든 현상의 기술이 가능하기 때문이라고 생각합니다. :)

[해탈]

사람에 따라 견해는 얼마든지 다를 수 있습니다. 상대방 견해를 받아들이고 아니고는 각자가 갖고 있는 가치관과 과학적 소양의 문제이겠지요. 사견이지만, 토론이나 논의를 하는데 있어 가장 중요한 출발점은 해당하는 개념을 가급적 명확하게 정의하고 그 정의를 가급적 잘 이해하려는 노력에서부터라고 생각합니다.

[카르마]

좋은 말씀 잘 들었습니다.

[정호]

새겨 듣겠습니다. :)