Page 124 - 고경 - 2022년 6월호 Vol. 110

리지 않는 것과 같다. 그러나 전자는 아주 가벼워서 광자와 부딪히고 나면,
그 충격으로 움직이게 된다. 전자의 위치뿐 아니라 속도도 변하게 된다. 전
자의 위치와 속도를 변화시키지 않으면서 전자가 어디에 있는지를 아는 것

은 불가능하다.

불확정성 원리 광학이론에 의하면, 전자의 위치를 정확하게 알기 위
해서는 짧은 파장의 광자를 사용해야 한다. 플랑크의 양자 가설에 의하면,

3)
광자의 에너지는 파장에 반비례한다. 즉, 파장이 짧으면 에너지가 크다.
이에 따라 전자에 큰 충격을 주게 되므로 전자의 속도가 크게 변한다. 전
자의 속도에 대한 불확실성이 커진다. 이와 반대로 파장이 긴 광자를 사용
하면 에너지가 작아서 전자에 주는 충격을 줄일 수 있다. 이에 따라 속도

에 대한 불확실성은 작아지지만, 위치를 정확하게 알 수 없어서 위치에 대

한 불확실성이 커진다. 정리해 보자.
높은 에너지의 파장이 짧은 광자를 사용하면 위치에 대한 불확실성은 작
아지지만, 속도에 대한 불확실성은 커지게 된다. 이와 달리 낮은 에너지의

파장이 긴 광자를 사용하면 위치에 대한 불확실성은 커지지만, 속도에 대

한 불확실성은 작아지게 된다. 이처럼 속도와 위치에 대한 불확실성은 그
중 어느 하나가 작아지면 다른 하나가 커져야 한다. 두 물리량의 모두를 무
한히 정확하게 측정하는 것은 불가능하다. 이를 수학적으로 증명하고 수

식으로 정리한 것이 불확정성(uncertainty) 원리다.

하이젠베르크의 불확정성 원리에 의하면 위치와 운동량(질량에 속도를 곱

3) 플랑크의 양자가설에 의하면 이다. 여기서 ε 은 광자의 에너지, h는 플랑크 상수, 는 광자의
진동수다. 빛의 전파속도를 с, 파장을 라 하면, 이므로 다. 광자 하나의 에너지
는 파장에 반비례한다.

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