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Date 2025/10/28 01:16:27
Name VictoryFood
Subject [질문] 왜 양자역학은 입자와 파동으로 설명하는 걸까요?
양자역학에 대해서 설명할 때 대부분 고전물리학에서는 입자와 파동이 구분되어 있다는 표현을 하더라구요.
입자는 고정된 위치, 파동은 고정되지 않은 위치라고요.

그런데요.
입자와 파동은 서로 상관없는 개념아닌가요?

대표적으로 파동을 설명할 때 물에 돌을 던졌을 때 물이 퍼져나가는 모양이나, 말을 할 때 말이 퍼져나가는 걸로 설명하는데요.

그건 물에 돌을 던지면(에너지를 가하면) 물 입자가 옆 입자와 부딪히고(에너지를 전당하고) 그 옆 입자는 또 그 옆 입자를 부딪히고 하면서 움직이잖아요.
그렇게 물이 파동형식으로 움직이게 되는데 그건 그냥 입자들이 부딪히면서 움직이는 모양인 거잖아요.

왜 이게 입자와 파동이 서로 구분된다고 생각하는 건가요?
모든 것은 그냥 입자고 그 입자가 움직이는 모양이 파동일 뿐이지 않나요?

유튜브에서 양자역학 영상을 볼 때 계속 입자와 파동으로 설명을 하는데 그 둘은 전혀 상관없지 않나 싶어서 처음부터 이해가 안가요.

이중슬릿 현상도 탁구공 입자는 공기 등을 헤치면서 나갈 때 에너지를 다른 매질에 많이 뺏기지 않으니까 한줄일테고, 빛 입자는 매질을 통과할 때 에너지를 다른 매질에게 전달하고 그 에너지가 또 옆으로 움직이니까 여러줄로 나타나는 거 뿐이지 않나 싶기도 하구요.

즉, 빛이 입자면서 파동이기 때문이 아니라, 그냥 입자인데 움직이는 형태가 파동 형태일 뿐이지 않나 싶네요.(직선은 그냥 직선 모양의 파동 형태)

기본이 되는 단어의 정의 자체를 이해를 못하니까 그런가? 싶다가도 이해가 안됩니다.

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25/10/28 01:33
수정 아이콘
https://youtu.be/pOPbrpVklis?si=AiUpHbePTEMA8yKp

재미있게 본 영상이 있어서 소개드려봅니다
채널주인과 관계없고 내용이 정확하다는 담보도 할 수는 없지만요
묵리이장
25/10/28 01:40
수정 아이콘
김갑진 교수님 자료에 보면 분자들이 각각 입자로 놀다가 온도를 엄청 떨구면 하나로 합쳐져 파동의 성질을 보이죠.
25/10/28 02:04
수정 아이콘
말씀드신 파동의 예시에서 입자는 매질의 입자이지 파동이 입자라는 것은 아닙니다. 물에서 파동이 진행할 때 파동은 앞으로 향하지만 물 입자는 위아래로 움직일 뿐 그 자리에 계속 있습니다. 빛이 입자다는 입자가 직진한다, 빛이 파동이다는 파동이 직진한다 라고 보시면 될 것 같습니다.
지금바로여기
25/10/28 03:00
수정 아이콘
빛은 진공 속에서도 파동의 형태가 나타납니다. 이중 슬릿 실험을 진공 속에서 해도 똑같은 결과를 나타낸다고 합니다.
따라서 입자인데 매질과의 상호 작용에 의해 파동의 형태가 나타난다는 생각을 버리셔야 할 듯 합니다.
설탕물
25/10/28 03:27
수정 아이콘
학문적으로 기본적인 이야기를 글로 이야기하는데 한계가 있을 거 같아서, 자세한 건 결국 교과서나 참고서를 보거나 수험생 사이트? 같은 데서 이야기하는게 더 자세히 정보를 얻을 수 있을 것 같습니다.

일단 지금 보고 계신 글도 빛이 눈에 들어와서 알 수 있는거잖아요? 근데 이 빛이 그냥 공 던지듯, 입자 덩어리가 슥 다가오는건지, 파동식으로 움직이는건지 그 두가지는 다른 겁니다. 파동은, 예를 들어 파도를 보면 물이 땅으로 전진하는거 같지만 저기 위 반제님 댓글대로 파동은 실제로 매질(입자)가 앞으로 움직이는게 아닙니다. 물엔 색을 칠하진 못하니까 그래 보이는 것 뿐이죠.

그러니까, 밧줄을 손에 들고 위아래로 흔든다고 생각해 봅시다. 밧줄이 앞으로 움직이지 않는 것은 자명하죠? 근데 파동은 전달이 됩니다. 밧줄을 구성하는 입자가 실제로 앞으로 가는게 아니고 위아래로만 흔들리고 그 흔들림이 전달이 되는거에요. 이걸로 비유하자면 '빛이 입자고 파동은 아니다' 라고 하는 것은 단순 입자가 이동해서 전달이 되는 것이고, 밧줄로 예를 든다면 밧줄 자체를 들고 던지는게 되겠죠.
VictoryFood
25/10/28 03:37
수정 아이콘
제가 모르는 걸 제대로 표현 못하는 거 같아요.

저는 입자는 상태(?) 를 나타내는 거고, 파동은 현상(?) 을 나타내는 거 같은데 그 두개를 서로 다르게 설명하는지 자체를 이해를 못하는 것이거든요.
입자와 파동은 서로 대립되는 거라는데 그게 왜 대립인지를 잘 이해가 안가요.
남자 면서 여자 라는 건 대립이구나 하겠는데 남자면서 긴머리 이라는 건 대립이 아닌 거잖아요.

고전물리학에서 입자라면 파동일 수 없는데 양자역학에선 가능하다 라고 하는데,
전 왜 고전물리학에서 입자라면 파동일 수 없다는 거지? 에서 멈춘거 같아요.
설탕물
+ 25/10/28 04:07
수정 아이콘
음 그러니까 그게 파동에 대해 잘 모르셔서 그런건데요. 앞서 파도나 밧줄의 움직임을 말씀드렸습니다. 근데 '파도 입자' 혹은 '밧줄 움직임 입자' 란게 존재할 리가 없잖아요? 고전적으로 파동은 일종의 현상입니다 실체를 가진 덩어리가 아니라. 비슷하게 소리 입자는 없어요 그냥 공기가 떨리는 움직임이지. 만약에 누가 '난 소리 입자를 발견해보겠어' 라고 하면 황당하게 느끼시겠죠?

근데 빛이 입자란걸 밝혔다는 걸 소리로 비유하자면, 이제까지 공기가 떨려서 나오는 현상인 줄만 알았던 소리가, 사실은 소리 입자란게 독립적으로 존잴르 하고, 이게 움직이면서 소리를 내는 거였다!! 가 되는 거지요.
피우피우
+ 25/10/28 05:25
수정 아이콘
고전적으로 입자는 존재, 파동은 현상에 해당하는 것이 맞지만 딱히 대립되는 것은 아닙니다. 그냥 카테고리가 다른 것이지요. 입자와 파동을 바탕으로 생각을 하고 계셔서 헷갈리시는 것 같은데 좀 더 직관적인 물체와 운동으로 생각을 해보시면 명확할 것 같습니다.

고전적으로 물체는 그냥 실존하는 것이고, 운동은 그 물체의 위치 상태가 변하는 현상을 설명하기 위한 추상적인 개념이죠. 서로 다른 개념이지만 그렇다고 물체와 운동이 대립되는 개념이라고 하지는 않죠?

마찬가지로 고전적으로는 파동도 입자의 진동을 매개로 해서 에너지를 전달하는 하나의 현상일 뿐이고 그 현상을 파동방정식을 통해 수학적으로 기술할 수 있습니다. 그리고 이런 고전적 이해 때문에 빛의 파동성이 입증되었을 때 에테르라는 가상의 매질을 가정할 수밖에 없었던 거기도 하고요. 빛이 파동이라면 고전적 관점에선 그것을 전달할 매질이 반드시 필요할테니까요.

양자역학에서 얘기하는 입자와 파동의 이중성은 입자가 파동처럼 진동하거나 흔들린다는 게 아닙니다. 어떤 입자의 상태를 파동함수를 이용해 서술할 수 있고 그 입자가 가지는 물리량은 해당 함수의 고유값으로 표현된다는 것이죠. 입자가 가지는 물리량이 양자화되어있는 것은 그 고유값으로 가능한 값들이 양자화되어있기 때문이라고 설명하고요. 물론 사실은 인과가 반대로 된 거긴 한데, 이유는 알 수 없지만 우리 우주에서 일어나는 현상들을 잘 관찰해보니 미시세계에서 물리량이 양자화되어있다는 것을 밝혀냈고, 이를 파동함수 형태의 상태함수로 설명하니 기가막히게 잘 들어맞아서 해당 모델을 쓰고 있는 것 뿐이지만요.

아무튼, 요약하자면 '입자는 상태를 나타내는 거고 파동은 현상을 나타내는 것'이라는 이해는 고전적 관점에선 옳은 이해이지만, 양자역학에선 놀랍게도 상태라는 것이 파동함수의 형태로 표현된다는 것이죠.
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