매우 중요한 질문입니다. 급하게 답글을 달 시간이 안 되어서, 이전에 쓴 다른 글의 링크를 우선 올려둡니다.

"양자물리학에서 입자와 파동의 진짜 의미" https://bit.ly/43oND7s

"물리학자들이 생각하는 입자란 무엇인가?" https://bit.ly/435Ecsh

"자연철학에서 '입자' 또는 '대상'이란 무엇일까?" https://bit.ly/3ZbY3os

빛알(光子, photon)은 1905년 알버트 아인슈타인이 처음 개념을 제안할 때 그냥 '빛의 양적 단위(Lichtquanten)'이라 불렀습니다. 시간이 흐르면서 고대어 분위기가 나는 신조어로 photon이 제안되었습니다. 1926년 길버트 루이스였습니다. 빛이라는 뜻의 그리스어 φῶς, φωτός (phôs, phōtós) 와 존재를 뜻하는 그리스어 어미 -on을 조합하여 만든 것입니다. 이 이름 자체에서는 어떤 의미에서도 '알갱이'나 '입자'의 함의는 전혀 들어 있지 않습니다.

https://arxiv.org/abs/1401.0293
https://en.wikipedia.org/wiki/Photon

빛알 하나를 검출하는 실험이 그리 쉽지는 않지만 요즘에는 그럭저럭 작은 광학 실험실에서도 할 수 있습니다.

P. Grangier, G. Roger, and A. Aspect, “Experimental evidence for a photon anticorrelation effect on a beam splitter: A new light on single-photon interferences,” Europhys. Lett. 1, 173 (1986). https://doi.org/10.1209/0295-5075/1/4/004

J.J. Thorn et al., “Observing the quantum behavior of light in an undergraduate laboratory,” Am. J. Phys 72 , 1210 (2004).
https://doi.org/10.1119/1.1737397

E. J. Galvez et al., “Interference with correlated photons: Five quantum mechanics experiments for undergraduates,” Am. J. Phys. 73 , 127 (2005). https://doi.org/10.1119/1.1796811

Butera, S. Only one photon. Nat. Phys. 19, 604 (2023). https://doi.org/10.1038/s41567-023-02010-w

Tinsley, J., Molodtsov, M., Prevedel, R. et al. Direct detection of a single photon by humans. Nat Commun 7, 12172 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms12172

The evolution of single-photon detection
https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/14213833/the-evolution-of-single-photon-detection

전화, 라디오, TV 등에 사용되는 전자기파는 매질이 없어도 존재하는 파동입니다. 파동이 항상 '무엇인가'의 파동이어야 하는 것은 아닙니다. 여기에서 말하는 '무엇인가'를 파동의 매질이라 부릅니다. 매질이 없어도 파동이 존재할 수 있다는 것은 신기한 일입니다. 2015년에 처음 검출된 중력파도 매질 없이 존재하는 파동입니다. 빛의 파동도 매질 없이 존재합니다. 19세기에는 빛의 매질을 '에테르'라고 부르면서 당연한 것으로 여겼지만, 대략 1905년 아인슈타인의 논문 이후로는 빛의 매질로 여겨졌던 '에테르'는 존재하지 않는다는 것이 주류의 이론입니다.

"파동은 무언가의 시공간적 궤적을 말하는 게 아닌가?"라는 질문에 대해 짧은 대답은 "그렇지 않다."입니다. 특정 시간(시각)에 특정 위치에 놓이며, 그럼으로써 시간의 흐름을 따라 보면 모종의 '궤적'을 이루는 것은 언제나 질점(point mass) 내지 입자입니다.

파동은 언제나 시간과 공간에 퍼져 있습니다. 파동을 직관적으로 보기 쉽게 말하기는 어렵습니다. 파동은 근본적으로 '모여 있지 않다'라고 말할 수 있습니다. 물론 파동을 교묘하게 여러 개 모아서 만든 파동다발(波束, wave packet)이 마치 입자처럼 일정한 모양을 유지하면서 시간과 공간 속에서 퍼져나간다고 말하는 것이 가능하긴 하지만, 파동다발을 입자와 같은 것으로 말하는 것은 부적절합니다.

그런데 파동은 결국 진동수와 파장으로 서술되는 것이라서 진동수와 파장의 추상화된 공간(흔히 운동량 공간이라 부릅니다)을 시간-공간에 대응시킬 수 있습니다. 즉 $(t, x)$ 대신 $(\omega, k)$를 쓰면, 이번에는 특정의 파동 하나가 $(\omega, k)$의 '공간'에서 한 점을 차지합니다. 즉 모여 있습니다. 여러 개의 파동이 있다면 이 '운동량 공간'에서 여러 개의 점으로 나타납니다. 대신 '운동량 공간'의 한 점을 우리에게 친숙한 보통의 시간-공간에서 보면 퍼져 있습니다.

그러면 '운동량 공간'에서 퍼져 있는 것은 보통의 시간-공간에서 특정 점에 모여 있는 것으로 나타날까요? 맞습니다. 그렇게 나타납니다. 이것이 <앙자역학을 어떻게 이해할까?> 151-165쪽에 있는 내용의 핵심입니다.

[추가: <양자역학을 어떻게 이해할까?>에서는 위치와 운동량의 이중공간뿐 아니라 시간과 에너지의 이중공간도 함께 고려합니다. 시간과 위치가 4차원을 이루는 것처럼, 에너지와 운동량의 이중공간도 4차원을 이룹니다.]