물질의 이중성

요약 오랫동안 파동이라고 생각했던 빛이 광전효과로 인해 입자성을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 빛의 이중성이 등장함에 따라, 1924년에 드 브로이가 입자라고 생각해 오던 물질도 파동성을 가지고 있을 것이라고 제안하였고, 이후 여러 실험에 의해 확인되었다.

1924년 프랑스 물리학자 드 브로이(Louis de Broglie)는 모든 물질은 파동성을 가지고 있다고 제안하였는데, 운동량을 가지고 있는 물체는 플랑크 상수를 운동량으로 나눈 값에 해당하는 (드 브로이 파장)을 가진다고 하였다. 플랑크 상수 값이 매우 작으므로 거시 세계에서는 물질파의 파장이 매우 짧아서 파동성을 무시할 수 있으나, 미시 세계 즉 원자 내부에서 운동하는 전자와 같은 입자들의 파동성은 무시할 수 없다. 데이비슨과 거머는 1929년에 전자선의 회절 실험을 통해 입자의 파동성을 확인해 주었다.

물질의 이중성은 빛의 이중성과 마찬가지로 동시에 입자성과 파동성을 관측할 수는 없다. 다시 말하면 어떤 상황에서는 입자처럼, 또 다른 상황에서는 파동처럼 행동한다. 이런 현상은 1928년에 보어가 처음으로 설명한 의 원리(principle of complementarity), 즉 자연의 모형을 완전하게 설명하는 데는 두 가지 서술이 모두 필요하지만, 한 상황의 단일 면을 설명하는 데는 두 가지 서술을 모두 쓸 필요는 없다는 원리로 설명할 수 있다. 이런 상보적인 이론은 이후 양자전기역학(quantum electrodynamics; QED)에서 발전되어 왔다.

은 전자의 파동성을 이용한 장치로 전자선의 파장은 가시광선의 파장보다 매우 짧아서 분해능이 좋으므로 으로 구별되지 않는 것도 전자현미경으로 구별할 수 있다.