양자역학
파동-입자 이중성
양자역학의 기본 개념 중 하나로, 전자나 광자와 같은 미시적인 입자들이 동시에 입자의 성질과 파동의 성질을 가진다는 이론입니다. 대표적인 실험으로는 이중 슬릿 실험이 있으며, 입자가 슬릿을 통과할 때 간섭 무늬가 나타나는 현상은 그들이 파동처럼 행동하고 있다는 증거로 간주됩니다. 이 개념은 고전 물리학과는 전혀 다른 직관을 요구합니다.
불확정성 원리
하이젠베르크의 불확정성 원리는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없다는 원리입니다. 이는 단순한 측정 기술의 한계가 아니라, 자연의 근본적인 성질입니다. 예를 들어, 전자의 위치를 정확하게 알면 알수록 그 운동량은 매우 불확실해지며, 이로 인해 양자 시스템은 근본적으로 확률적인 특성을 가지게 됩니다.
양자 중첩
양자 중첩은 하나의 입자가 동시에 여러 상태에 존재할 수 있다는 개념입니다. 예를 들어, 양자 비트(큐비트)는 0과 1의 상태를 동시에 가지며, 이는 고전 컴퓨터와 차별되는 양자컴퓨터의 핵심 원리이기도 합니다. 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험이 바로 이 개념을 설명하기 위해 만들어졌으며, 고양이가 살아 있으면서 동시에 죽어있는 상태로 표현됩니다.
양자 얽힘
두 입자가 얽혀 있으면, 한 입자의 상태가 결정되는 순간 다른 입자의 상태도 즉시 결정됩니다. 이 현상은 두 입자가 아무리 멀리 떨어져 있어도 성립되며, 이를 **양자 얽힘(entanglement)**이라고 합니다. 아인슈타인은 이를 “유령 같은 원거리 작용”이라 불렀고, 이 현상은 양자통신과 양자암호의 기반이 됩니다.
양자 터널링
입자가 고전적으로는 넘을 수 없는 에너지 장벽을 확률적으로 통과하는 현상입니다. 이 현상은 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 설명하는 데 필수적인 개념이며, 터널 다이오드나 스캐닝 터널링 현미경(STM) 같은 다양한 기술에 응용됩니다. 양자 터널링 덕분에 전자기기는 초소형화될 수 있었고, 새로운 전자소자의 개발도 가능해졌습니다.