양자이론은 1900년 플랑크가 흑체 복사 문제를 해결하기 위해 플랑크 상수h=6.626x10^-34J·s를 도입한 것으로부터 시작했다고 볼 수 있다. 모든 물체는 고유한 온도를 갖고 있고 그 온도에 따라 고유한 파장의 에너지를 내게 되는데, 이러한 현상을 관찰하기 위하여 고안해낸 이상적인 장치가 흑체이다. 물리학자들은 이 흑체 복사 실험에 대한 만족할만한 결과 값은 얻어냈지만 이것이 왜 이렇게 되는가에 대해서는 플랑크 이전까지의 물리학자들은 설명해내지 못했다.
고전 역학에서는 모든 물리적인 값을 연속적인 어떤 것으로 보며 처음에 주어진 위치와 운동량을 알게 되면 이후에 나타날 현상들을 예측할 수 있다고 생각한다. 그러나 플랑크는 에너지는 양자화 되어 있고 양자라는 덩이로써 비연속적으로 존재한다는 가설을 내세워 흑체 복사 문제에 대한 실험과 꼭 들어맞는 이론을 내놓았다.
그 당시에는 빛에 본성에 대한 두 가지 대립되는 이론이 있었는데, 입자설과 파동설이 그것이다. 뉴턴은 빛이 입자라는 생각을 가지고 있었지만, 이후 회절과 간섭 실험 등으로 빛은 입자가 아니라 파동이라는 생각이 설득력을 가지게 되었다. 그러나 아인슈타인이 전자가 금속판에서 빛을 쏘았을 때 튀어나오는 광전효과를 설명할 때, 빛의 파동성으로는 충분한 설명이 되지 않으므로 빛이 입자라는 것을 다시 받아들이게 된다. 아인슈타인은 빛이 양자화되어 마치 입자들과 같이 행동한다고 가정했다. 이러한 입자들은 광자 또는 광양자로 불린다. 이후 드 브로이는 어떤 한 입자를 파동을 가지는 형태로도 설명이 가능하다는 물질파 가설을 내세움으로써 입자와 파동성 두 가지를 모두 받아들이게 된다.
플랑크가 처음에 내세웠던 양자화라는 가설을 받아들이게 된다면 고전역학에서 갖고 있던 결정론적인 세계관이 어딘가에 그 양자 덩이가 나타날 확률로 바뀌게 된다. 즉, 고전역학이 가지고 있던 인과라는 절대적인 신념까지도 확률이라는 해석으로 대체해버린 것이다. 하이젠베르크의 불확정성의 원리는 위치와 운동량 모두를 알 수 있다는 고전 역학적인 생각과는 달리 그 둘은 동시에 알 수 없다는 것을 보여준다. 어떤 이가 전자의 위치와 운동량을 측정을 통해 정확히 알려고 한다고 했을 때, 이미 측정을 한다는 행위 자체가 빛을 통해 이루어지는 것이고 이 빛은 전자의 운동에 영향을 준다.
즉, 우리는 그 전자의 위치를 측정하려면 운동량을 정확히 알 수 없고 운동량을 정확히 측정해내면 위치를 알 수 없게 된다. 하이젠베르크는 이러한 불확정성이 적어도 플랑크 상수 크기만큼 생기게 된다는 것을 보여주며 입자성을 특징짓는 위치의 확정성과 파동성을 특징짓는 파장의 확정성은 서로 제약을 받고 입자성과 파동성이 서로 공존한다는 것이다.
아인슈타인은 이러한 양자역학적인 세계관을 받아들일 수 없었고 '신은 주사위를 던지지 않는다.'라는 유명한 말을 남겼다. 양자역학은 확률이라는 것을 내세움으로써 현재까지 전혀 모순이나 실험결과의 불일치를 보여주지도 않고 있다. 단순히 실험 결과 값의 예측의 측면만을 본다면 양자역학만큼 정확하고 뛰어난 이론도 없을 것이다. 하지만 고전물리학이 가지고 있던 결정론적인 세계관과 부합되지 않으며 양자역학이 보여주는 것이 왜 확률인가에 대한 근본적인 질문엔 대답을 해주지 못하고 있다.
확실한 물리학적인 설명적 기반이 없음에도 불구하고 양자역학은 수많은 과학적 성과를 이끌어내고 있다. 원자에 대한 설명을 제공했으며, 원자탄의 발견도 양자론의 성공 중 하나이다. 양자론은 인접 학문에도 영향을 미쳤는데, 화학뿐만 아니라 철학에서도 '결정론적으로 폐쇄된 이 물리적 세계에서 어떻게 마음이 자유의지를 가질 수 있는가?'에 대한 문제에 실마리를 제공하는 이론으로 조심스럽게 <BR>평가 받기도 한다. 만일 양자역학의 기초에 대한 이론적인 설명이 가능해진다면 양자역학은 인류의 최대 성과물로 받아들일 수도 있을 것이다.
(출처 : '양자론(Quantum Theory)' - 네이버 지식iN)
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언어정보교류 게시판에는 안 어울릴 것 같지만,
이거 다음에 올릴 양자 컴퓨터에 대한 것을 위한 기초 지식.
(이라지만 이걸 퍼온 본인도 못 알아먹고 있다...)
양자컴퓨터(量子~· Quantum Computer)
