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과학

불확정성 원리

불확정성 원리과학
영어
Uncertainty principle
위치와 운동량
ΔxΔp_x≥ℏ/2
Δ의 의미
같은 상태에서의 측정 분포의 표준편차
ℏ
h/(2π)
불확정성 원리는 양자상태에서 위치와 운동량처럼 서로 교환하지 않는 물리량들의 분산에 하한이 있다는 원리다. 한 방향의 위치와 운동량에 대해 표준편차는 ΔxΔp_x≥ℏ/2를 만족하며, 단순히 측정기 정밀도가 부족해서 생기는 오차를 뜻하지 않는다.

상태의 퍼짐

동일하게 준비된 많은 계에서 위치와 운동량을 측정하면 각각 분포를 얻는다. Δx와 Δp_x는 그 분포의 퍼짐을 나타낸다. 관계식은 두 표준편차의 곱이 너무 작아질 수 없다는 제한이며 측정값 자체의 곱에 대한 식이 아니다.

장비 오차와 구별

완벽한 장비를 상정해도 양자상태의 불확정성 관계는 남는다. 측정이 계를 교란할 수 있다는 사실과도 구별해야 한다. 위치를 알기 위해 세게 건드려서만 운동량을 모르게 된다는 설명만으로 원리 전체를 대신할 수 없다.

하한이지 등식은 아님

위치의 표준편차를 작게 제한하면 운동량 표준편차의 가능한 최솟값이 커진다. 그러나 Δx가 커졌다고 실제 Δp_x가 반드시 작아지는 것은 아니다. 부등식이므로 두 값이 모두 클 수도 있고, 특별한 가우스 상태에서는 최솟값 ℏ/2를 달성할 수 있다.

한 방향씩 읽기

Δx와 짝을 이루는 것은 x방향 운동량 p_x다. 위치의 세 좌표와 운동량의 모든 성분을 구분 없이 한 숫자로 묶는 식이 아니다. 또 이 원리를 근거로 에너지를 마음대로 빌리거나 보존법칙을 위반해도 된다고 해석할 수 없다.

관련 문서

양자역학 / 운동량 / 표준편차 / 확률분포 / 물질파 / 가우스 분포 / 에너지 / 측정