행렬양자역학과 불확정성의 원리

입자의 정체를 밝히는 중요한 물리량 중 위치와 운동량이 있다. 하이젠베르그는 어떠한 실험 장치를 마련하더라도 평균값에 대한 위치의 불확정성과 운동량의 불확정성의 곱이 프랑크 상수보다 같거나 크다는 것을 알아냈다. 즉, 입자의 위치를 정확하게 측정할수록 운동량의 측정은 부정확해지고, 역으로 운동량을 정확하게 측정할수록 위치의 측정은 부정확해진다.

이러한 불확정성 원리의 결과는 비결정성을 암시한다. 거시 세계는 고전 역학에 따라 결정론적이라고 할 수 있다. 그러나 전자와 같은 미시 세계에서는 양자적 불확정성의 영향이 매우 크므로 전자의 형태는 비결정론적이다. 어느 시각에 운동하는 전자의 위치와 운동량은 불확정한 상태로 측정되고, 따라서 미래의 형태 역시 처음의 불확정한 것에 영향을 받아 통계적이고 확률적으로 기술될 수밖에 없다. 인과의 우주 법칙 대신 미시 세계에서는 확룰 법칙이 적용된다.

위치와 운동량 중 어느 것을 더 정확히 측정할 것인가는 순전히 실험자의 선택 문제이다. 이제 관찰자를 떠난 객관적인 실체가 부정되고 객관과 주관의 구분이 사라져 버렸다. 여기에서 빛의 입자성과 파동성에 관련된 선택과 비슷한 문제에 도달한다. 빛이 파동이라는 것을 증명하려면 쌍슬릿 실험을 하면 되고, 빛이 입자라는 것을 증명하려면 광전 효과 실험을 하면 된다. 선택은 우리 마음이다.

또한 보어는 이 문제에 철학적 의미를 부여하였다. 그는 ‘상보성’이라는 개념을 사용하여 파동·입자의 이중성을 설명했다. 파동과 입자는 빛의 배타적이면서 상호 보완적인 측면들이다. 어느 것도 동시에 파동이면서 입자일 수 없기 때문에 그 둘은 서로 배타적이다. 하지만 어느 한쪽만을 가지고 빛을 이해했다고 할 수 없기 때문에 둘 다 빛의 본성을 이해하는 데 필요하다. 그러므로 입자와 파동은 우리가 빛을 이해하는 데 있어서 상보적이다. 즉 `대립적인 것은 상보적이다.`

이제 빛의 파동성과 입자성을 빛 자체가 아니라 빛과 인간과의 상호 작용의 성질로 전이시키면, 빛은 아무런 성질도 갖고 있지 않게 된다. 따라서 빛은 빛과 상호 작용하는 관찰자가 없으면 존재 의미가 없어진다. 마찬가지로 인간 또한 상호 작용하는 다른 존재가 없으면 존재 의미가 없게 된다. 이처럼 어떤 성질들을 대상에서 상호 작용으로 전이시키면, 세계는 상호 작용으로 이루어져 있다는 결론에 도달한다. 이것이 싯타르타의 `연기`이다.