양자 역학의 기본 원리는 무엇이고 고전 물리학과 어떻게 다릅니까?
1900년 이전 물리학을 고전 물리학이라고 하고 그 이후를 현대 물리학이라고 칭하는데, 양자 역학의 기본 원리는 무엇이며 고전 물리학과 어떻게 다릅니까?
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.양자 역학은 물리 현상을 설명하는 물리 이론 중 하나로서, 미시세계의 입자들의 움직임과 상호작용을 다룹니다. 양자 역학의 기본 원리는 플랑크 상수, 불확정성 원리, 상호작용의 양자화 등으로 이루어져 있습니다.
고전 물리학은 뉴턴 역학, 열역학, 전자기학 등의 이론을 다루며, 매우 큰 물체와 느린 속도에서의 물리 현상을 설명하는 데 적합합니다. 그러나 미시세계에서의 입자들의 움직임과 상호작용에 대한 설명은 실패하였습니다.
양자 역학은 고전 물리학과 다르게, 입자들이 결정론적으로 움직이지 않으며, 확률적인 움직임을 가지며, 측정과정에도 영향을 받는 등의 특징을 가지고 있습니다. 또한, 양자 상태의 중첩과 얽힘 등의 개념이 있어서, 이를 이용한 양자컴퓨터, 양자통신 등의 새로운 분야도 발전하고 있습니다.
따라서, 고전 물리학과 양자 역학은 전혀 다른 이론이며, 양자 역학이 나오기 전까지는 미시세계에서의 입자들의 움직임과 상호작용에 대한 설명이 불가능했기 때문에, 양자 역학의 등장은 물리학 분야에서 큰 전환점이 되었습니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
양자역학의 기본 원리는 파동-입자 이중성(duality)입니다. 즉, 입자의 물리적 특성(운동량, 위치 등)과 파동의 물리적 특성(파장, 주기 등)이 동시에 존재할 수 있다는 것입니다. 양자역학에서 입자의 위치나 운동량을 정확하게 예측하는 것은 불가능하며, 오직 그것이 존재할 확률만을 계산할 수 있습니다. 이러한 원리는 특히 아주 작은 입자, 예를 들어 원자나 분자 수준에서 매우 중요합니다.
반면 고전 물리학은 뉴턴의 운동법칙과 같은 대부분의 물리 법칙에서 입자의 위치와 운동량을 정확하게 예측할 수 있습니다. 고전 물리학은 큰 스케일에서는 일반적으로 정확하지만 아주 작은 스케일에서는 적용할 수 없습니다. 이와는 달리 양자역학은 아주 작은 스케일에서는 매우 정확하지만, 큰 스케일에서는 상대적으로 적용하기 어렵습니다. 또한 양자역학에서는 입자의 상호작용에 의해 새로운 입자들이 생성될 수 있고, 이러한 과정을 통해 바로 진화 및 변이가 이루어질 수 있습니다. 이러한 점에서 양자역학은 고전 물리학과는 차이가 있습니다.