미 시 세계의 소립자들은 입자-파동의 이중성을 띠고 있으며, 에너지는 양자화되어 불연속적인 값만 가질 수 있다. 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger, 1887~1961)가 체계화시킨 양자역학은 이러한 대상의 운동을 기술하는 이론이다. 이는 우리에게 미시 세계를 이해할 이론적 틀을 제공하는 동시에 우리가 오랫동안 믿어온 생각을 수정하게 만들었다.
고전역학의 체계에서는 운동방정식을 알면 그 물체의 과거와 미래를 정확하고 결정적으로 기술할 수 있다. 예를 들어 자동차가 어떤 속도로 어떤 조건에서 출발했는지 알면, 어느 시각에 어디를 지나게 될 지 정확하게 말할 수 있는 것이다.
그러나 양자역학에 따르면 우리는 파동방정식을 풀더라도 특정한 시각에 특정한 위치에서 소립자를 관찰할 확률만을 알 수 있을 뿐이다. 우리가 관찰을 시도한다 해도, 불확정성 원리에 의해 입자의 운동량과 위치를 동시에 정확하게 측정할 수는 없다. 또한 양자역학에서 물질의 본성은 관찰 방법에 의존한다. 즉 빛과 입자는 입자-파동 이중성을 가지지만, 현실에서는 관찰 방법에 따라 입자나 파동 중 한가지로만 나타난다.
이와 같은 양자역학의 결론을 이해하기란 쉽지 않다. 그러나 양자역학을 통해 우리는 미시 세계를 이해하고 이용할 수 있다. 대표적인 예가 원자핵 에너지나 반도체의 전기적 성질에 관한 연구이다.
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