파동입자의 불확실성과 이중성
광자는 양자 역학의 법칙을 따르기 때문에 광자의 거동은 파형과 입자 모양의 양면을 가지게 되며, 측정기에 의해 광자가 검출되면 단일 입자 단위로 등록됩니다. 그러나 광자를 검출할 확률은 파동을 나타내는 방정식으로 계산됩니다. 이러한 측면의 조합은 파동 및 입자 이중성 파-입자 이중성이라고 부르는 것입니다. 예를 들어, 검출된 광자의 확률 분포는 회절이나 간섭과 같은 파동 현상을 명확하게 보여줄 가능성이 높습니다. 이중 슬리 실험을 통과한 광자는 Maxwell의 방정식에 의해 결정된 간섭 패턴에 의해 주어진 확률 분포와 함께 화면에 착륙했습니다. 그러나 실험 결과는 광자가 전파되는 동안 전자 방사선의 짧은 펄스 대신 확산하지 않거나 빔 스플리터를 만나서 방해받지 않는다는 것을 보여줍니다. 반대로 광자는 핵의 파장 (지름 10~15m) 또는 점 전자보다 훨씬 작은 파장을 가진 시스템을 포함하여 작은 시스템에 의해 전체적으로 흡수되거나 방출되기 때문에 점 입자처럼 보입니다.
많은 프라이머가 광자를 처리하기 위해 비 상대론적 양자 역학 수학적 방법을 사용하지만, 광자는 본질에서 상대론 적이므로 다소 서투르고 단순합니다. 광자의 정적 질량이 0이기 때문에 광자에 대해 정의된 파동 함수는 비 상대론적 양자 역학에서 파동 함수에 익숙한 모든 특성이 있을 수 없습니다. 이러한 어려움을 피하고자 물리학자들은 전자 상태의 여기를 정량화하는 두 번째 광자 양자화 이론인 양자 전기 역학을 채택했습니다.
또 다른 어려움은 전자와 고 에너지 광자와 관련된 사고 실험을 분석할 때 하이젠 베르크 가히 개념을 도입했기 때문에 불확실성 원리와 유사한 올바른 방법을 찾는 것입니다. 그러나 Heisenberg는 이러한 측정에서 "불황도"의 의미에 대한 정확한 수학적 정의를 제공하지 않았습니다. Lennard, Paulie 및 Weir는 위치 모멘트 불확실성 원리에 대한 정확한 수학적 설명을 제공했습니다. 불확실성 원리는 실험자가 입자의 위치 및 운동량과 같은 두 가지 "정규 공액"양 중 하나를 측정할 수 있는 상황에 적용됩니다. 불확실성 원칙에 따르면 입자가 어떻게 준비되든 두 가지 대체 측정 중 어느 것도 정확한 예측을 할 수 없습니다. 즉, 위치 측정이 더 확실해지면 운동량 측정이 작아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 양자 역학은 일관된 상태를 허용하여 전반적인 불확실성을 최소화합니다. 양자 광학은 전자기장 상태와 일관된 상태를 사용합니다. 진폭 측정과 전자기파 위상 사이에는 절충점이 있으며 이는 위치 모멘트의 불확실성 간의 관계를 연상시킵니다.