양자역학과 전자의 이동경로는 무엇인가요?

Question

양자역학에서 전자의 이동경로는 정확히 예측할 수 없지만, 확률적으로 가능한 경로를 계산할 수 있다고 하던데요 이를 양자역학의 원리 중 무엇으로 설명할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

양자역학의 이론 중 하나인 하이젠베르크의 불확정성 원리가 전자의 이동경로를 정확히 예측할 수 없다는 것을 설명할 수 있습니다. 이 원리는 어떤 물리량의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 것을 의미합니다. 즉, 전자의 이동경로를 정확하게 예측하려면 이동하는 위치와 운동량을 동시에 정확하게 측정해야 하지만, 이는 불가능하다는 것을 말합니다.

하지만, 양자역학에서는 전자의 이동 경로를 확률적으로 계산할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이는 양자역학에서 전자의 움직임을 파동함수로 나타내고, 파동함수를 이용하여 전자의 위치와 운동량 등을 확률적으로 계산할 수 있기 때문입니다. 따라서, 전자의 이동 경로는 정확하게 예측할 수 없지만, 확률적으로 가능한 경로를 계산할 수 있어서 양자역학에서는 전자의 움직임을 예측할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.

빛과 전자는 입자가 아닙니다.

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뉴튼역학, 양자역학... 현대물리학은 모두 역학입니다.

역학은 물체(입자)의 운동을 설명하는 학문입니다.

즉 역학은 입자의 운동만으로 모든 물리현상들을 설명할 수 밖에 없는 한계를 가진 학문입니다.

그래서 현대물리학(역학)을 입자설이라고 합니다.

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입자설로 파동을 설명하려면, 파동을 가상의 입자로 둔갑시킨 후에 설명할 수 밖에 없습니다.

즉 광자나 전자는 입자설에서 파동을 입자로 둔갑시킨 가상의 입자에 불과합니다.

쉽게 말해서, F=ma 로는 파동을 설명할 수 없다는 겁니다.

입자설에서 파동을 가상의 입자로 둔갑시킬 때 사용하는 도구가 입자-파동 이중성 개념입니다.

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지구가 우주의 중심이라는 오개념이 탑재된 가설이 천동설이라면,

빛과 전자가 입자라는 오개념이 탑재된 가설이 입자설입니다.

현재 입자설로 설명할 수 있는 우주는 전체 우주의 4%도 안됩니다.

나머지 96% 이상은 정체불명의 가상의 개념인 암흑물질과 암흑에너지입니다.

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칠정산외편은 그 1년 뒤인 1447년(세종 29년) 음력 8월 1일 오후 4시50분27초에 일식이 있을 것이라는 예측을 다시 내놓았다. 당시 천문서 연구는 온 백성의 관심사였다. 마치 거대 국가 과학사업의 성공 여부를 확인할 때처럼 숨죽이며 결과를 지켜봤다. 결과는 성공이었다. 칠정산외편은 일식의 시작인 초휴(初虧)와 끝인 복원(復元)을 1분 내외의 오차 범위 내에서 정확하게 예측했다. [출처 : 천문뉴스]

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천동설도 당시 우주였던 태양계의 4% 정도는 정확히 설명했습니다.(황도, 백도, 일식, 월식 등)

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과거의 인간들이 수천년 동안 천동설의 시대를 살았던 것처럼,

님을 포함한 지금의 인간들은, 언제 끝이 날 지는 모르겠지만, 입자설의 시대를 살고 있는 겁니다.

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입자설에서는 광전효과를 설명할 때 먼저 전자는 당구공(입자)이다 라는 속임수를 전제에 몰래 끼워 넣습니다.

파동인줄 알았던 빛을 금속에 쪼였더니 금속에서 전자라는 당구공이 튀어나왔다. 그러므로 빛은 파동이 아니라 전자라는 당구공을 때린 당구공이다 라고 주장하는 것이 입자설로 설명하는 광전효과입니다.

하지만 전자가 당구공(입자)이라는 증거는 어디에도 없습니다.

(참조 : https://youtu.be/JonPd3Zi_2U )

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입자설에서는 전자를 이용한 이중슬릿 실험에서 나타나는 관찰자 효과가 전자가 입자라는 증거라고 주장하지만,

지금까지 전자를 이용한 이중슬릿 실험에서 관찰자 효과가 나타난 적은 단 한 번도 없습니다.

아래 동영상(만화)에 나오는 관찰자효과(두줄무늬)가 실제 실험에서는 나타나지 않는다는 것입니다.

(참조 : https://youtu.be/jr2LLzG1YjE )

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빛의 파동성에 대한 수학적 근거는 맥스웰의 파동방정식에 의해 제시되었고,

전자의 파동성에 대한 수학적 근거는 슈뢰딩거의 파동방정식에 의해 제시되었습니다.

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빛의 파동성에 대한 물리적 증거는 1801년 토머스 영에 의해 입증되었고,

전자의 파동성에 대한 물리적 증거는 1927년 데이비슨과 저머에 의해 입증되었습니다.

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입자설에서 광전효과로 주장하는 빛의 입자성은 먼저 전자의 입자성이 입증되어야 입증되는 것이고,

전자의 입자성은 지금까지 입증된 적이 없습니다.