양자역학에대해 궁금합니다
양자역학에 관심이 생겼습니다. 제대로 이해는 못하지만 관찰하는순간 변화가 생긴다는게 이해가 안가서요 쉽게설명해 주실수 있으실까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
양자역학은 원자단위에서 발생하는 현상을 설명하기 위한것입니다.
원자는 원자핵과 전자로 이루어져있습니다. 그런데 전자가 원자핵 주변에 어떤 형태로 어떻게 운동하고 있는지 설명하고 싶다고 생각해보죠.
흔히 잘 알고있는 예시로 사과가 땅으로 떨어진다는 중력을 받아 사과가 땅으로 떨어진다를 설명할 수 있죠. 이것이 고전역학입니다. 무거운 짐을 들기위해선 물체의 중력만큼의 힘이 필요하죠.
하지만 원자세계에서는 원자핵 주변으로 전자가 있다를 기술하기 위해서는 중력, 만유인력으로 설명이 되지 않습니다. 양자역학으로 설명이 가능하죠.
A: 제대로 이해는 못하지만 관찰하는순간 변화가 생긴다는게 이해가 안가서요 쉽게설명해 주실수 있으실까요?
전자, 원자핵 단위를 기술하고 이를 실험적으로 확인하기 위해서는 관측을 수행해야합니다. 기존에 관측이라하는것은 눈으로 보고 측정값을 수치적으로 기입하는 행위를 포함합니다. 관측이란것은 빛을 통해 관측이 필요한것이죠. 그런데 전자나 원자핵은 매우 작기 때문에 우리눈으로 본 경험이 없을 것입니다. 현미경을 통해서도 보이지 않죠. 전자나 원자핵을 보기 위해서는 빛이 이들과 충돌한 뒤 반사되어 우리 눈으로 들어와야하죠. 하지만 전자나 원자핵같은 경우는 빛과 크기가 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 빛은 크기가 0인데 어떻게 비슷하냐라고 할 수 있지만, 서로 일대일로 상호 작용할 수 있습니다. 즉, 빛도 입자로 취급되고 빛 알갱이 광자로써 서로 충돌할 수 있습니다. 그런데, 이 광자가 충돌하여 반사돼 우리 눈(관측 장비)으로 들어오는것이 관측이라고 하였습니다. 충돌을 하면 충돌된 입자의 상태가 바뀌죠. 다시말해 광자는 우리눈(관측 장비)에 들어왔지만, 충돌로 인해 전자의 상태가 바뀌어 버렸죠. 광자로 전자의 상태를 측정한다면 전자의 상태는 바뀌고 맙니다. 우리가 알고 있던 관측의 대상은 대부분 크기가 크고 무겁기 때문에 빛으로 관측한다 한들 관측 대상의 상태가 변경되지는 않았습니다. 그래서 쉽게 물체의 상태를 측정이 가능했고요. 그런데 양자역학을 따르는 관측 대상은 크기가 작고 빛(광자)과 상호작용을 하기 때문에 관측에 있어서 상태가 변하므로 문제가 생겼죠. 그래서 이를 해결하고자 하는것이 양자역학이고 자연에서 발생하는 현상들을 잘 설명하는 이론입니다.
양자역학은 간단히 설명할 수 있는 학문은 아닙니다.
일반 물리학부 3학년 내내 양자역학의 기본을 수강합니다.
양자역학과 고전역학의 큰 차이는 확률입니다.
고전역학에서는 물체의 속도와 질량, 힘을 알 수 있으면 어떤 시간에 이 물체가 어디에 있는지 정확히 알 수 있습니다.
하지만 양자의 세계에서는 오직 확률로만 물체가 어디에 있는지 분석할 수 있습니다.그리고 이러한 물리적 예측은 오직 확률로만 알 수 있고, 그 결과는 관측과 동시에 생성됩니다.