양자역학에서 불확정성 원리는 무엇이며, 어떤 현상을 설명하나요?

Question

양자역학에서 불확정성 원리는 어떤 현상을 설명할 수 있나요?  그리고 불확정성 원리는 어떻게 작용하며, 어떤 결과를 가져오나요? 질문이 어렵습니다.

튼튼한라마20 · Accepted Answer

양자역학에서 불확정성 원리는 측정 시스템에 대한 양자 기계의 불확실성을 설명하는 원리입니다. 이 원리는 "위치-운동량 불확정성 원리"와 "에너지-시간 불확정성 원리" 두 가지가 있습니다.위치-운동량 불확정성 원리는 양자 물체의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정하는 것이 불가능하다는 원리입니다. 이는 측정 시스템이 양자 입자의 위치나 운동량 중 하나를 측정할 때, 다른 하나를 측정할 수 없기 때문에 발생합니다.에너지-시간 불확정성 원리는 양자 입자의 에너지와 시간을 동시에 정확하게 측정하는 것이 불가능하다는 원리입니다. 이는 에너지 측정의 경우 시간이 불확실하고, 시간 측정의 경우 에너지가 불확실하기 때문에 발생합니다.이러한 불확정성 원리는 양자 입자의 움직임, 위치, 에너지 등을 정확하게 예측하는 것을 불가능하게 하며, 양자 시스템의 이상한 특성을 설명합니다. 이러한 특성은 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 암호 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다.

김재훈 전문가 · Answer

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.불확정성 원리는 전자의 위치와속도를 도잇에 정확히 알수 없다는 점을 바타으로 전자기 원자핵 주위를 정확한 궤도로 도는 것이 아니라 확률적으로퍼져 있다는 전자구름 개념을 설명합니다 이 원리는 측정하려는 순간 입자의 상태가 바뀌어 버리기 때문에 관측 자체가 입자에 영향을 주는 양자 세계의 특성을 보여줍니다  그 결과 양자역학은 입자의 거동을 확률로 예측하며 이는 반도체·레이저·양자컴퓨터 같은 기술에 직접 활용됩니다.

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.양자역학에서 불확정성 원리(Heisenberg's uncertainty principle)란, 양자역학적인 시스템의 어떤 두 물리량(예를 들어 위치와 운동량)에 대해 동시에 정확히 측정하는 것이 불가능하다는 원리를 말합니다.이 원리는 보통 "위치-운동량 불확정성 원리"라고도 불리며, "측정할 수 없는 것은 존재하지 않는다"는 과학의 기본 원칙에 대한 도전적인 개념입니다.불확정성 원리는 양자역학의 기본 원리 중 하나이며, 이것이 발견된 이후 양자역학은 현재의 모습을 갖추게 되었습니다. 이 원리는 양자역학에서 매우 중요한 역할을 하며, 이론적인 예측과 실험적인 결과를 설명하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.위치-운동량 불확정성 원리는, 양자역학적인 시스템에서 어떤 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정하는 것이 불가능하다는 것을 보여줍니다. 측정하려는 두 물리량 중 하나를 더 정확하게 측정하면, 다른 물리량의 측정값의 불확실성이 증가하게 됩니다.즉, 양자역학에서는 어떤 물리량의 측정은 그 물리량이 측정되기 전의 양자 시스템의 상태를 변경시키는데, 이러한 측정 과정에서 불확정성 원리가 작용하여 두 물리량의 측정값을 동시에 정확히 알 수 없게 됩니다. 따라서 양자역학에서는 가능성의 개념이 더 중요하며, 예측 가능한 확률분포를 통해 시스템을 이해하고 설명합니다.

느긋한칼새269 · Answer

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.양자역학에서 불확정성 원리는 매우 작은 입자들, 예를 들어 원자나 입자들이 가지는 물리적 특성인 위치, 운동량, 에너지, 각운동량 등의 양이 정확하게 동시에 정해질 수 없다는 원리를 말합니다. 즉, 어떤 입자의 위치나 운동량을 정확하게 측정하면 다른 양은 모호하게 되는 것입니다.이는 크기가 매우 작은 입자들의 행동이 파동과 입자 두 가지 모두의 성질을 동시에 나타내기 때문에 발생합니다. 예를 들어, 입자가 전자파(광자)와 상호작용하면 파동과 같은 성질을 가집니다. 이때 파동으로서의 성질은 위치나 운동량의 특정한 값이 존재하지 않아 정확히 예측할 수 없게 되는 것입니다.불확정성 원리는 물리학의 많은 분야에서 중요하게 사용됩니다. 예를 들어, 입자의 위치와 운동량을 정확하게 측정하지 않고, 확률적으로 가능성이 높은 값들만 예측하는 양자역학적 모델을 사용하여, 원자나 분자의 전자 수준, 광학 현상, 물질의 성질 등을 설명할 수 있습니다.불확정성 원리는 현대 물리학의 근간이 되는 원리 중 하나이며, 양자컴퓨팅, 양자암호학 등의 분야에서도 중요하게 활용됩니다.

럭스마가린 · Answer

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.결론적으로 슈레딩거의 고양이나 다중 차원 굴절 등은 그냥 지어낸(?) 이야기라 생각해야됩니다.물질은 대부분 백여년 전 까지만해도 입자 상태라고 생각했습니다.그러나 단지 공간에서의 상태만 다를뿐 파동 상태와 입자 상태의 성질이 구별이 없는 것을 관찰자가 그렇게 구별하여 느끼거나 관찰 기구를 그중하나로 측정되도록 만든 것임을 알았습니다.즉 파동을 우리가 입자라고 느끼면 입자로 알게되는 것입니다.원자의 경우를 보면 외곽의 전자가 있는 양에 따라 서로 모이거나 서로 밀어냅니다.밀어내는 경우를 우리는 물질이라 느끼게되는 것입니다.이러한 전자와 같은 개별 구조(양자)의 경우 그것의 위치를 측정하려면 많은 에너지를 가하여 측정하므로 원래의 위치에대해 정확히 측정을 못합니다. 그리고 운동량을 측정하려해도 간섭을 최소화해야하기에 위치의 측정이 불분명해집니다.그래서 초기의 불확정성의 원리는 측정에 의해 원래의 상태가 변화되기에 있는 것을 정확히 알아낼 수없다는 것이 그에대한 설명이었습니다.그러나 점차 연구가 진행됨에 따라 자연계의 모든 존재가 측정자체와는 무관하게 근본적으로 불확정 상태로 있다가 측정될때 확정되어 나타난다는 것을 알게되었습니다.그러므로 초기 개념이 확장되어 받아들여지게된 것입니다.그러면 슈레딩거의 고양이라든지 무한 우주, 심지어는 다중 차원 굴절류가 진짜인 것처럼 생각되겠지만 그렇지 않습니다.우주 존재의 본질은 기본에너지의 상태와 증감에 의해 결정됩니다.(가설)기본 에너지가 물질을 구성하는 최소 단위의 수나 양으로만으로되면 아무런 운동도 일어나지 않습니다.그 기본단위의 증가가 운동을 일으키게합니다.(가설)예를 들면 열을 증가시켜 물질의 운동이 활발해진 경우는 온도를 올렸다고 생각하는 것이 실제로는 기본 단위를 증가시켜 활동적으로 만들고 그것을 우리가 온도가 올랐다고 느끼는 것입니다.물질에서 기본 단위를 점차 빼주면 물질의 특성이 소실되거나 크게 변하는 순간이 나타납니다. 즉, 어떤 때는 물질의 특성이 나타나다가 또 어떤 때는 파동의 특성으로 나타나는 이유는  에너지를 가한 차이때문입니다. 에너지가 가해지는 수준이 낮으면 물질적 특성이 소실되고 파동 양상만 나타나다가 유사 파동끼리는 중첩됩니다.(가설)힘이 나타나는 것과 절대 영도 가까이 가면 물질적 특성이 변하는 이유입니다.슈레딩거의 고양이도 측정 상태에 따라 결과 생기는 것이 아니라 에너지의 가해진 정도에 다라 달라지는 것입니다. 대부분 측정할 때 에너지가 증가하며 측정 장치에 에너지가가해지므로 그러인해 결과가 나오는 것입니다.슈레딩거의 경우 임계 에너지 위냐 아래냐에 따라 광자가 나오는지 안나오는지가 결정되므로 인간이 그 임계 에너지 위 아래를 측정하여 결정 못하므로 결과를 모르는 것일뿐 실제 실험을 하면 살거나 죽은 둘 중 하나이지 삶과 죽음이 중첩되지않습니다.평행 우주의 경우 다른 차원의 우주는 존재해도 무수히 많은 우주로 분화하는 것은 거짓입니다.실제의 차원이 한정되어있고 어느 순간 분화된다는 기준도 소설적입니다.소립자의 에너지가 빅뱅과 같은 정도로 매 순간 분화되어 나간다고 생각하는 것 자체가 오판입니다. 그리고 자연 현상(미스테리 포함) 중에도 이러한 것은 보고되지 않습니다.과거의 경우 일부 에너지가 다른 차원으로 이동하고 그것이 양자적으로 일정기간 유지된다고할 수는 있습니다.평행 우주를 인정하고 무수히 많은 우주가 존재한다면 자신과 동일한 사람도 확률적으로 어딘가에 존재한다고 할 수는 있습니다. 그러나 그것은 어디까지나 완전히 닮은  꼴입니다. 자기가 또 있는 것이 아닙니다.양자 역학은 고전 물리학과는 달리 미시적 세계의 상태(기본 성질을 가진 최소 입자를 양자라 생각하면 됨)를 연구하는 것입니다.

아테나 · Answer

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.전자와 같은 입자를  파동의 성질을 가지고 있다는 것은 실험을 통해 확인되게 했고 양자 물리학은 불연속적인 물리량을 가지는 입자를 파동함수로 다루는입장으로 됩니다

전기·전자

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양자역학에서 불확정성 원리는 무엇이며, 어떤 현상을 설명하나요?