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=== 양자역학 설명문 ===
양자역학이란?

양자역학은 미시세계를 설명하는 이론이다. 미시세계는 아주 작은 세계라고 이해하면 쉽다.

파동-입자 이중성

일단 양자역학의 기본, 파동-입자 이중성부터 알아보자.
예전 물리학자들은 빛이 파동인지, 입자인지를 가지고 엄청 고민을 했다.
물론 위대한 뉴턴이 빛은 입자라고 했지만, 여러가지 실험으로 보통은 파동이라고 생각했다.
하지만 아인슈타인이 광양자 가설을 제시하며 상황이 바뀌었다.
이 이론은 광전효과를 설명한 이론이다.
광전효과란, 금속에 빛을 비추었을때 전자가 튀어나오는 현상이다.
빛을 파동으로 본다면 파동의 에너지가 전자를 금속에서 때어낸다고 설명할 수 있다.
그럼 빛의 세기가 셀수록 나오는 전자의 에너지도 클것이다.
하지만 아무리 센 빛을 비춰도 전자가 많이 튀어나올뿐이었다.
그래서 빛의 에너지는 연속적이지 않으며 광양자로 되어있다고 했다.
그리고 광양자라고 부른것이 오늘의 광자의 시초이기도 하다.
그리고 모르는사람들이 꽤 많은데 아인슈타인은 이 가설로 노벨상을 받은거지 상대성이론으로 받은게 아니다.
하지만, 광양자 가설이 나왔어도 아직 빛은 입자인지, 파동인지 결론이 안 났다.
파동설을 뒷받침하는 실험중 하나로 이중슬릿 실험이 있다.
두 직사각형이 있고 여기에 빛을 쏜다.
그러면 파동의 무늬(여러 줄)이 생긴다. 
이렇게 빛의 성질은 미스터리로 남나 싶었으나...

드 브로이의 파동-입자 이중성

루비 드 브로이는 이상한 제안을 했다.
'빛이 전자라면 입자같은 전자가 파동 아닐까?'
이 말은, 빛은 파동이면서 입자라는 것이다.
하지만 우리가 왜 전자가 파동인걸 볼 수 없을까?
전자는 매우 작다.
그리고 우리는 빛이 사물을 때리고 우리 눈에 온 걸 보는것이다.
하지만 전자는 작다고 했다.
그러니 빛이 부딪치면 전자는 심하게 흔들린다.
이게 무슨 상관이냐?
이 관측이라는 행위 자체가 파동, 입자에 영향을 준다는 것이다.
그리고 드 브로이의 가설은 증명되었다.
이중슬릿 실험인데 관측기를 가져다두고 킬때와 껐을때를 형광물질을 발라두고 측정한다.
결과는 놀랍게도 드 브로이의 가설을 지지했다.
이제 양자역학이 얼마나 이상한 얘기를 하는지 알겠는가?
하지만 양자역학은 이제 시작이다.

보어의 원자모형

보어는 새로운 원자모형을 만들었다.
궤도 1(바깥궤도)과 궤도 2(안쪽궤도)가 있다.
이때, 전자는 궤도 1에서 빛을 흡수하고 궤도 2에서 방출한다.
여기서 가장 이상한게 궤도 이동 방법이다.
전자는 궤도를 순간이동하듯 이동한다.
미끄러지듯 이동하면 안되고 특정한 반지름을 가진 궤도만 갈 수 있다.
이것이 양자도약이다.

행렬역학과 파동역학, 확률해석과 코펜하겐 해석

하이젠베르크가 양자역학을 수학으로 기술하는데 성공했다.
이것이 행렬역학이다.
하지만 행렬은 그때 물리학자들이 잘 쓰지 않는 수학이었고 계산도 복잡했다.
여기서 슈뢰딩거가 파동역학을 생각해냈다.
'파동에는 나름의 공식이 있고 전자가 입자면서 파동이면 전자의 파동을 기술하는 방정식도 있지 않을까?'
그리고 이것을 수식으로 완성해낸게 파동역학이다.
하지만 슈뢰딩거와 하이젠베르크의 방정식은 가정은 달랐지만 수학적으로 같았다.
이제 해석문제가 남은것이다.
이것을 해결한게 보른이다.
보른은 파동이 입자자체가 아니라 입자가 존재할 확률이라고 생각했다.
그리고 하이젠베르크가 불확정성 원리를 발표한다.
그게 무엇이냐?
요약하자면, 미시세계에서는 서로 대응되는 두개의 특성(위치, 운동량)을 동시에 아는것은 불가능하다는 뜻이다.
불확정성은 관측 자체가 관측 대상을 교란시켜 나타나는 현상이다.
전자는 매우 작기 때문에 빛을 맞으면 속도에 변화가 생기기 때문이다.
그리고 보어는 연구 끝에 하이젠베르크의 불확정성 원리, 슈뢰딩거의 파동역학, 보른의 확률해석을 포함하여 코펜하겐 해석을 만들었다.
1. 모든 에너지는 양자라고 하는 불연속적 다발로 이루어져 있다.
2. 물질은 점입자로 표현하지만, 입자가 발견될 확률은 파동으로 주어진다.
3. 관측이 행해지기 전에, 물체는 모든 가능한 상태에 동시에 존재한다. 이들 중 어떤 상태에 있는지 확인하려면 단 하나의 상태만이 관측결과로 얻어진다.

양자얽힘

양자역학은 두 물체가 우주 반대편에 있다고 해도 양자역학적으로 연결되어있으면, 즉각적인 영향을 받는다.

슈뢰딩거의 고양이

슈뢰딩거는 코펜하겐 해석을 부인하기 위해 사고실험을 고안했다.
방사성 물질과 빛을 검출하면 망치를 작동시키는 검출기, 망치에 맞으면 깨지는 독극물 병, 고양이가 상자 안에 있다.
방사성 물질의 원자가 A 혹은 B 상태로 중첩되어있다.
A면 변화가 없고, B면 빛을낸다.
검출기는 빛을 감지하면 독극물병을 깨트려 고양이는 죽는다.
코펜하겐 해석에 따르면 원자는 A와 B의 상태에 중첩되어있으므로 독극물 병 역시 깨진상태와 멀쩡한 상태에 중첩되어있다.
그럼 고양이를 관측하기 전에 고양이는 살아있으면서 죽어있는 상태가 된다.
슈뢰딩거는 이것이 불가능하다는 주장이지만 이것은 지금은 양자역학을 잘 이해하기 위한 사고실험으로 남아있다.

결어긋남

마지막으로 미시세계와 거시세계를 나누는 경계를 알아보자.
이것은 결어긋남 이론에 해당된다.
이중슬릿 실험에서 관측하지 않은 전자는 벽에 간섭무늬를 나타낸다.
이 결과는 전자의 결이 맞아서 그렇다.
결이 어긋나면 파동도 간섭무늬가 나타나지 않고 입자처럼 두 무늬가 보인다.

요약

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