양자역학이 자세히 무슨 이론이고 무엇을 설명하려고 하는 건가요?
양자역학을 많이 들어봤지만 양자역학에 관해 역사과 이 이론의 의미를 알고 싶습니다. 특히 관측 되지 않은 상태에서 물체의 성질이 결정 할수 없다는 걸 되게 신기하고 이해 하기어려워요ㅠㅠㅠㅠㅠ
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양자역학의 용어의 의미
- 역학이라는 말은 어떤 것들의 움직임과 변화를 연구하는 학문이라는 말입니다.
- 양자라는 말은 '양을 가진 존재'를 말합니다.
- 그러니까 양자역학이라는 말은 어떤 양을 가진 존재의 움직임을 연구하는 학문이라는 말이 되겠습니다.
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양자역학이라는 학문의 역사
- 1800년대 후반, 과학자들은 아주 해석하기 어려운 현상을 맞닥뜨리게 됩니다. 그것은 바로 에너지의 세기가 진동수의 크기와 비례하지 않는다는 고전역학에 위배되는 현상이었죠.
- 그 현상은 흑체복사에 대한 주파수와 세기를 실험한 결과에서 나온 것입니다.
- 흑체를 가열했을 때, 고전역학에 따르면 주파수가 계속 커져야 하는데, 자외선 영역에서 커지는 것은 고사하고 갑자기 작아지면서 아예 0 이 되어버리는 것 아니겠어요?
- 고전역학만 연구하던 과학자들은 모두 당황할 수밖에 없었죠.
- 이 문제를 해결한 사람이 근대 과학계의 두 거물인 막스플랑크와 아인슈타인입니다.
- 먼저 고전역학에서 빛이나 에너지는 끊어지지 않고 뭔가 주우욱 이어져 있는 파동으로 보고 있었는데, 막스플랑크가 그 단단한 뉴턴의 물리학에 파문을 던지게 됩니다. 빛은 주우욱 연결된 파동이 아니라 잘게 쪼갤 수 있는 입자로 만들어져 있다고요.
- 잘게 쪼개어서 하나의 '덩어리' 즉, '양'을 가진 입자라는 것이죠.
- 당시의 과학계에서는 말도 안 된다고 공격을 당하고 플랑크 자신도 사실 자신의 이론이긴 하지만 자신이 없었습니다.
- 그러나 플랑크가 만든 식과 실제로 흑체의 복사에너지의 주파수 그래프는 거의 일치했습니다. 즉, "말도 안 되는 논리이지만 그 말이 맞더라" 하는 이야기죠.
- 그 불확실한 '진리'를 아인슈타인이 한 번 더 '광양자 이론'으로 사실임을 확인시켜줍니다.
(금속판에 빛을 쬐면 전자가 튀어나온다는 것이죠. 빛과 전자가 서로 당구공처럼 맞고 튀어나온다는 또 다른 황당한 이론이었죠.)
- 그러나 그 이론이 노벨상을 받으면서 이 양자이론은 그때부터 과학계에 어느 정도 인정을 받게 됩니다.
- 나중에 덴마크의 보어가 상보성의 원리로 양자역학의 기초를 완전히 만들어 내었죠.
- 현재는 반도체의 개발이나 우주과학 등 거의 과학의 전 분야에서 이 양자역학은 없어서는 안 될 연구개발의 기초를 제공해주는 학문이 되었습니다.
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관측되지 않은 상태에서 물체의 성질을 결정할 수 없다는 의미
- 1927년 미국의 과학자인 데이비슨과 거머는 이중슬릿 실험을 통해 이 양자역학 이론을 실험적으로 입증을 하게 되는데
- 두 개의 구멍을 뚫어놓고 전자를 하나씩 쏘면 하나의 전자가 하나의 구멍만 통과할 것으로 생각하고 실험을 했는데, 놀랍게도 하나의 전자가 두 개의 구멍을 통과하는 말도 안 되는 결과가 나오는 것입니다.
- 즉, 전자는 양을 가진 입자이기도 하지만 분리될 수 있는 파동이기도 하다는 이론이 실험적으로 입증이 된 것이죠.
- 여기서 재미있는 사실은, 전자를 하나를 쏘면서 그 전자의 이동과정을 추적하면 전자는 마치 눈치 빠른 인간처럼 딱 한 곳의 구멍만 통과했습니다. 그런데 전자를 하나 쏘면서 그 전자의 이동과정을 못 본채 추적하지 않으면 한 놈이 양쪽의 구멍을 다 지나가는 유령 같은 짓을 하는 것입니다.
- 놀랄 노자죠. 양자역학이 확실성의 계산이 아니라 확률로서만 계산하는 이유가 바로 여기에 있습니다.
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궁금증이 풀리셨기를 바랍니다.~~!