양자 역학에서 "파동 입자 이중성"에 대한 의심
나는 책을 읽고있다 $[1]$ (과학 커뮤니케이션 책이 아니라 양자 역학에 대한 학생 친화적 인 소개입니다).
야콥 $[1]$ 그런 다음 다음과 같이 씁니다.
양자 역학에 익숙하지 않은 많은 사람들은 전자가 어떻게 동시에 입자와 파동이 될 수 있는지 궁금해 할 것입니다. 이런 종류의 유휴 추측을 무시하십시오. 상황은 어떤 사람들이 당신을 믿게 만드는 것만 큼 미친 것은 아닙니다. 전자, 광자 및 기타 모든 기본 입자는 입자입니다. 기간. 이것이 모든 실험이 우리에게 말하는 것입니다. 우리 감지기는 "클릭, 클릭, 클릭"$^{(*)}$. 웨이브는 이러한 입자의 동작을 설명하는 편리한 수학적 도구 일뿐입니다.
$^{(*)}$여기서 저자는 전자를 사용한 이중 슬릿 실험에 대해 이야기하고 있습니다.
저자의 인식을 고려할 때, 나는 책 (대부분의 현대 물리학과 양자 역학에 대한 일부 입문 텍스트)이 유명한 아이디어를 "양자 역학에서 입자의 본질은 이중적인 행동을 가진다 : 전자는 파동과 입자를 동시에! 이것은 입자-파 이중성이라고 불립니다. "그들은 정확히 말하고자합니다 : 전자, 광자 및 기타 모든 기본 입자는 입자입니다. 기간. 이것은 모든 실험이 우리에게 말하는 것입니다. (...) 파동은 이러한 입자의 동작을 설명하는 편리한 수학적 도구 일뿐입니다.
그렇다면 입자 파 이중성은 거대한 물리적 사실 이라기보다는 대부분 수학적 형식주의라고 말할 수 있습니까?
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$[1]$Jakob Schwichtenberg. 말도 안되는 양자 역학 . 말도 안되는 책. 2ed. 2020.
답변
QFT의 입자 정의는 일반적인 입자 개념보다 약간 기술적입니다. 입자는 필드의 여기입니다. 예를 들어, Higgs boson은 Higgs 필드의 여기입니다. 이 개념으로 우리는 전자가 입자라고 말할 수 있습니다. 그러나 파동 개념은 정의의 여기 부분에도 내장되어 있습니다.
일반적인 의미에서 우리는 전자가 단지 입자이고 파동의 성질이 단지 수학적 도구라고 말할 수 없습니다. 이것은 올바른 진술이 아닙니다. 일부 실험에서는 입자처럼 작동하고 다른 실험에서는 파도처럼 작동합니다. 이것은 어느 설명도 전자에 대한 완전한 QFT 설명이 아니기 때문입니다. 우리가 지불하는 대가는 우리가 필요에 따라 입자 또는 파동으로 전자를 선택해야한다는 것입니다. 그러나 사실 그들은 서로 다른 두 가지가 아닙니다.
예를 들어, 전자가 입자라고 생각하면 이중 슬릿 실험을 할 수 없습니다 (슬릿 중 하나에 감지기를 놓으면 패턴이 파괴됩니다). 일반적인 의미에서 전자를 파동으로 간주하면 광전 효과를 설명 할 수 없습니다.
저자는 전자가 입자라고 말하는 것이 옳지 만, 파동의 자연이 단지 수학적 편리함이라는 그의 강조는 책을 초보자가 읽을 수 있도록하기 위해 약간 지나치게 단순화 한 것으로,이 책에서 자주 발견되지만 때로는 해로울 수있는 특성입니다.
나는 양자 물리학에서 대부분이 "모래 알갱이"가 없다는 것과 정반대라고 말할 것이라고 생각합니다. 오히려 Caltech의 이론 물리학 자 Sean Carroll은 이렇게 표현했습니다. 입자는 바다의 파도와 같은 필드의 여기 일뿐입니다. 예를 들어, 전자는 전자장의 여기 일뿐입니다.
따라서 입자는 우리가 알고 있듯이 필드의 파도에 지나지 않습니다. 우리가 입자로 간주하는 필드의 여기입니다.
EM 장은 우리가보고, 느끼고, 기억하는 모든 것을 지배하고, 뇌가 기능하도록하는 모든 반응을 포함하여 물질의 모든 화학적 상호 작용을 지배합니다.
물결은 에너지가 한 장소에서 다른 장소로 이동하는 방법을 보여 주며 EM 장에는 몇 가지 유사점과 차이점이 있습니다. 물에는 파도를 형성하는 많은 입자가 있으며, 파도는 일반적으로 바람에 의해 퍼지고 겹쳐지며 결국 해안에 충돌하여 에너지를 전달합니다. EM 분야에서 우리는 가상 광자와 실제 광자를 가지고 있으며, 그것들이 전파처럼 물처럼 퍼져 나가게하지만, 그들의 행동을 더 잘 알기 위해 단일 입자로 연구 할 수도 있습니다. 모든 실제 광자는 원자에서 나오고 결국 원자에 흡수됩니다. 가상 광자는 두 개의 자석을 분리하거나 정전기를 느낄 때 에너지가 전달되지 않는 것처럼 힘을 전달하는 역할을합니다.
Maxwell은 EM 장에서 빛의 전파에 대한 방정식을 제공했습니다. 그 솔루션은 전기장이 생성 될 때마다 90도에서 자기력이 생성된다는 사실에 기반을두고 있습니다. 솔루션은 사인파입니다. 미스테리 한 바람이 부는 날에 길을 달리는 것으로 생각할 수 있습니다. 당신이 90도에서 같은 힘으로 앞으로 나아가려고하면, 당신은 원을 그리게 될 것입니다.하지만 당신이 사인파 패턴으로 뛰려고한다면 당신은 실제로 길 아래에 그물 벡터를 가질 수 있습니다!
이제 우리의 대부분의 과학 실험은 EM 장을 사용한 관찰에 기반하고 있으며 대부분의 실험은 모든 상호 작용을 제어하기 위해 EM 장을 사용하여 전자로 둘러싸인 분자와 원자 인 물질의 상호 작용을 포함한다는 사실을 결합합니다. EM 필드, 즉 광자는 정현파로만 작용할 수 있으며, 이는 물질 상호 작용의 본질에 많은 파동 행동을 가져옵니다.
DSE에서 전자가 이미 터를 떠나기 전에 이미 가상 광자를 발생 시켰으며 시작하기도 전에 이동할 경로를 느끼고 있다고 생각해보십시오. 특정 경로는 이상적이며 필드 및 최종 흡수 원자와 공명하며 경로 길이가 파장의 배수 일 때도 이상적입니다 (파인만 경로 적분).
그러니 물질을 어떤 비활성 전하없는 질량의 공이라고 생각하지 마십시오. 물질은 EM 장에 존재하는 물질이며 심지어 자체 EM 특성을 가진 입자로 구성되어 있습니다.