악동의 물리로그

[019] 파동함수가 공간의 특정 위치에서 입자를 발견 할 확률과 관련된다는 이야기까지 했는데, 이번에는 확률에 대해 좀 더 구체적인 이야기를 해보려고 한다. [015] 새로운 모델 : 양자 입자 양자입자라는 개념을 도입하면서, 정확한 운동량을 알고있는 입자는 드 브로이가 제시한 관계에 의해 특정 파장을 갖는 파동으로 표현 할 수 있는걸 알았고, 이 입자는 모든 공간에서 발견될 확률이 동일한 무한히 긴 사인파의 형태가 된다는 것도 알게됐다. 상황을 좀 간단히 보기 위해 입자가 x축 방향의 운동량만 갖는 1차원의 상황을 생각해보기로 하자. [019-01] x축 위 입자 입자가 x축 방향 운동량만 갖는다고 가정하면, 입자의 파동 함수는 다음의 지수함수 형태가 된다. 저런 함수는 사실 누구와도 친하지 않으니까..

[018] 이제 양자역학이 어떻게 현상을 설명하는지에 대한 이야기를 시작해보자. 우리가 알고있는 역학에서 물체의 속도와 가속도는 물체의 시간에 따른 위치를 알면 구할 수 있었다. 위치의 함수를 한번 미분하면 물체의 속도를 얻고, 한번 더 미분하면 가속도를 얻는 방식으로. 또, 이렇게 얻어진 가속도를 뉴턴의 두번째 운동법칙에 넣으면 물체에 작용한 모든 외력의 합을 구할수도 있었다. 물체의 시간에 따른 위치는 물체의 운동과 관련된 정보를 "가지고있고", 물체의 위치를 적절한 방법으로 가공하면 우리가 필요로 하는 - 물체의 운동을 기술하는데 필요한 - 다른 정보를 얻을 수 있다는 말인데, 양자역학에서 시간에 따른 위치의 역할을 하는게 파동함수이다. 파동함수는 우리가 관심을 갖는 계(system)에 관한 정보를..

[017] 지금까지 상대론과 양자물리학의 시작에 대한 이야기를 꽤 길게 해왔다. 알고있고 생각나는 내용을 기억해가며 쓰면, 그냥 인터넷에서 검색하면 나오는 말들을 갖다 붙이는 꼴 밖에 되지 않을것 같아서 진행순서와 내용은 대학 1학년 일반물리학 교재를 기준으로 삼았다.양자역학에 대한 이야기도 똑같이 진행할건데, 굳이 따로 페이지를 하나 만드는 이유는 시작하기 전에 다음 몇가지를 좀 명확히 하고 싶어서이다. [017-01] 양자역학은 소설이나 철학이 아니다.대학원까지 다니면서 그래도 나름 양자역학 책만 다섯 종류 정도 봤던거 같은데, 그때도 인터넷으로 양자 라는 단어조차 검색해본적 없던 내가 요즘은 종종 양자역학에 관련된 단어들을 찾아서 이런저런 글들을 보고 있다.결론부터 말하면, 과연 양자역학 책을 챕터..

[016]이제 교재에서 다루는 양자물리학의 소개에 관한 내용은 이중슬릿 실험을 한번 더 살펴보는 것과 불확정성 원리에 대한 내용 두 가지가 남았는데, 이중슬릿 실험은 여기에서 실험 장치와 결과만 간단히 정리하려고 한다.불확정성 원리는 양자화, 파동-입자 이중성과 함께 양자 물리학의 근간을 이루는 세 가지 개념 중 하나로, 흑체복사, 광전효과, 콤프턴효과, 드 브로이 물질파에 대한 이야기를 통해 양자화와 파동-입자 이중성에 대한 내용을 다뤘고, 마지막으로 불확정성 원리에 대한 이야기를 해보자. [016-01] 이중슬릿 실험책이든 인터넷이든 양자물리학에 관한걸 찾으면 빠지지 않고 나오는게 이중슬릿 간섭 실험이다. 여기서 실험장치의 구성과 결과를 간략히 정리하고 넘어가자. 거리가 어느정도 떨어져 있는 두 개의..

[015] 이전글의 말미에 적은대로 이제 파동을 이용해서 과연 입자와 같은 성질을 갖도록 하는게 가능한지 알아 볼 차례다. 빛의 이중성 - 파동과 입자의 특성을 모두 가짐 - 에 관한 이야기를 시작하면서 부터 계속 하는 말은 "빛이든 물체든 입자와 파동의 특성을 동시에 갖는다는 사실을 받아들이기가 불편하다." - 난 어렵다기보다는 불편한게 맞다고 생각한다 - 는 것인데, 이에 관한 모든 실험들이 이 사실을 증명하고 있으니 일단 받아들여 보자. 그런데, 넓은 마음으로 "그래, 오케이" 하고 나니 또 문제가 되는건, 우리가 지금까지 알고있는 모델 - 입자모델, 파동모델 - 각각으로는 두 특징 모두를 갖는 개념을 만들 수가 없다는것이다. 전자만 생각해봐도 우리는 원자핵주위의 특정 궤도를 따라 움직이는 음전하를..

[014] 광전효과와 콤프턴효과는 파동이라고 생각했던 빛과 x-선을 입자라고 간주해야 설명이 가능한 현상에 대한 이야기였다. 그리고 전자기복사에 대한 이야기에서는 빛이 입자와 파동의 성질을 모두 가지며 다루는 현상에 따라 적절한 접근 방식을 택해야 한다는 많이 이상한 결론까지 얻게 됐다. 이제는 그 반대로 지금까지 입자라고 생각했던 물질이 파동의 성질을 보이는 경우를 알아볼텐데, 보통 "입자의 파동성" 이라는 표현을 사용하고, 드 브로이가 제시한 "물질파" 라는 개념이 도입된다. [014-01] 드 브로이 우리가 일상생활에서 마주하는 아주 큰 사이즈의 세계에서는 입자와 파동 각각의 특성을 이용해 모든 현상을 해석하는게 가능한데, 앞서 본 대로 광자와 전자의 세계에서는 그 구분이 명확하지 않다. 1923년..

[002] 최근에 LED 마스크가 진짜 효과가 있겠냐고 누가 물어봐서, 물리 & 반도체 전공자 입장에서 그거 별 효과 없을거라고, 비싼돈 쓰지 마시라고 했었는데, 그 얘기를 좀 해볼까 한다. 먼저 말해두자면, 난 의학적인 지식은 없고, LED 원리와 빛 그리고 빛의 파장에 대한 이야기로 왜 내가 별 효과가 없을거라고 했는지 말하고자 한다. [002-01] LED 가 뭔데? 우리나라 사람들은 "반도체" 하면 그냥 메모리만 생각한다. 무소불위의 권력을 가진 것 같은 회사 덕분인거 같은데, "반도체=메모리" 라는 개념을 누가 주사기로 머릿속에 넣어준 것 같다. 물론, LED 도 반도체소자다. LED 는 Light Emitting Diode 의 첫 글자를 딴건데, 우리말로 바꾸면 발광다이오드 이다. 다이오드까지..

[013] 제목이 뭔가 상당히 거창한거 같은데, 교재의 제목 "The Nature of Electromagnetic Waves" 를 한글로 바꾸다보니 이렇게 됐다. 그래서 빛이 뭔지 좀 정리해보자. [013-01] 빛 위 그림이 전자기학에서 말하는 빛의 본질이다. 전기장과 자기장으로 구성된 전자기복사. 우리가 알고있었던 사실과 앞에서 해 온 이야기들을 통해 빛의 특성을 설명하는데 파동모델과 입자모델의 두 가지 방법이 있음을 알게 됐다. 사실 둘이 함께 존재한다는것도 좀 불편하긴 하다. 광전효과와 콤프턴 효과는 빛과 물체가 상호작용 할 때, 빛이 특정 에너지와 운동량을 갖는 입자처럼 행동한다는 도무지 부정 할 수 없는 강력한 증거를 보여주고 있다. 그런데, 전자기학에서 빛은 위 그림처럼 명백하게 전자기적 ..

[012] 지금까지 다룬 현대물리 이론들을 시간순으로 되짚어보면, 1900년 흑체복사에 대한 플랑크의 양자개념 도입, 그 즈음 광전효과 연구 1905년 아인슈타인 특수상대론 1919년 아인슈타인 일반상대론 1921년 광전효과와 빛의 입자성에 관한 논문으로 아인슈타인 노벨상 수상 1923년 Arthur Holly Compton 과 Peter Debye 는 광자의 운동량에 대한 아인슈타인의 개념에 대한 연구를 각자 진행하고 있었다. 광자의 운동량에 대한 아인슈타인의 개념 : 광자의 운동량 p=E/c=hf/c 의 값을 갖는다. [012-01] 콤프턴 효과 - The Compton Effect 1922년 이전까지 콤프턴의 팀은 전자에 의한 x선 산란 (scattering) 이 고전적인 빛의 파동이론으로는 설명 ..

[011] 흑체복사는 양자개념으로 설명된 첫번째 현상 이었다. 흑체복사(열복사)에 대한 자료들이 한참 모아지던 19세기 말 (1800년대 말) 금속 표면에 빛을 비춰주면, 금속 표면에서 전자가 방출되는, 참 이상한 현상에 대한 실험도 진행되고 있었는데, 이 현상을 광전효과 (Photoelectric Effect) 라 하고, 방출되는 전자를 광전자 (Photoelectrons) 라 한다. [011-01] 광전효과 관찰 결과 위 그림과 같은 실험 장치를 어두운곳에 설치하고, 금속판 E (Emitter) 에 적절한 파장의 빛을 비추면, 금속판 E 와 C (Collector) 사이에 전하의 흐름이 전류계 A (Ammeter) 에 측정된다. 적절히 배기, 밀폐된 유리관 안의 두 금속판 사이에 빛을 비추면 전류가 ..