2-3. 상보성 원리 — 입자와 파동, 동전의 양면

가장 오래된 논쟁의 종결

빛은 파동인가, 입자인가?

이 논쟁은 물리학 역사에서 300년 넘게 이어졌다. 17세기에 뉴턴은 빛이 작은 알갱이(입자)라고 주장했고, 같은 시대의 호이겐스(Christiaan Huygens)는 빛이 파동이라고 주장했다. 19세기에 영(Young)의 이중 슬릿 실험과 맥스웰의 전자기 이론이 "파동"의 손을 들어주었다. 그런데 20세기에 플랑크의 흑체복사와 아인슈타인의 광전효과가 다시 "입자"를 부활시켰다.

그리고 드브로이(2-1절)는 이 혼란을 빛에서 물질로까지 확장했다. 전자도 파동이다! 이중 슬릿 실험(2-2절)은 전자가 간섭무늬를 만들면서도 점으로 검출된다는 것을 보여주었다.

도대체 자연의 근본적인 존재들은 무엇인가? 파동인가, 입자인가?

닐스 보어(Niels Bohr)는 1927년, 이 질문에 대해 놀라운 답을 제시했다. 그의 답은 이것이다:

"질문이 잘못되었다."

파동이냐 입자냐를 묻는 것 자체가 자연에게 적절한 질문이 아니라는 것이다. 이것이 상보성 원리(complementarity principle)의 핵심이다.