양자 역학

(평범한 입자가 아닌 양을 가진 개체들, 즉 양자를 다루는 학문.)





즉, 정지질량이 0인 개체들, 예를들어 광자 같은 몰체들에 대한 연구도 포함한다.

광자란 진동수를 가지는 빛의 양자를 말하며 정지 질량이 0이기 때문에, 항상 빛의 속도, c를 가지고 운동한다.

하지만 전자는 다르다.

진동수를 가지고 파동으로 표현되기도 하지만, 어쨋거나 정지 질량이 미미하나마 있다고 하기때문에, c의 속도를 내지는 못한다. 다만, 원자핵 주위를 돌며 (혹은 연속되는 음의 구름 - 혹은 파동 -을 생성할 뿐이다.



리드버그와 보어의 양자이론에 따르면 전자는 혼자서 빛을 방출할 수 없다.

빛을 방출한다면 에너지를 잃게되고, 원자핵의 힘에 빨려들어가 소멸될테니,,


하지만 전자는 빛을 낸다. 어떻게 낼까? 광자로부터 에너지를 흡수한 후 궤도를 전향한다.

에너지 준위가 높아진 전자는 바깥쪽 궤도를 돌게 되는 것이다.

하지만, 이 상태는 에너지를 평형상태에 놓지 못하기 때문에, 결국은 엔트로피가 높아져 다시 안쪽 궤도로 전향하게 된다. 결국, 원자의 총 에너지는 큰 변화가 없게 되는것이다.

그렇다면, 에너지가 많은 전자가 안쪽 궤도로 전향하면 무슨일이 벌어질까?

전자는 광자를 뱉어내게 되는것이다. 빛을 받아서 에너지를 포함하다가 다시 광자의 형태로 뱉어내는 것이다.

이것이 바로 우리가 산란이라고 부르는 현상이다. 산란을 표현하는데는, 쌍곡선 형태의 관계식을 가지는 그래프가 나타난다.



상대성 이론에서는 '빛이 사물에서 반사되어 우리눈에 들어오는 시간동안 물체의 이동이 없어야 한다'라는 말을 하지 않는다고 생각한다.

빛의 입장에서는, 그 물체가 영원히 정지해 있는것처럼 보일 뿐, 우리는 그 빛이 가져다주는 정보 그 자체를 보는것이다.

1억 5천만 킬로미터 떨어져 있는 태양에서는 빛이 지구에 도착하는데 약 8분이 걸린다. 즉, 우리는 항상 8분전의 태양을 보게 되는것이다.



우주 저 멀리 약 150억광년 떨어진 곳에서 오는 빛은, 우주 태초의 모습을 보여줄 수도 있다.

우주 생성당시의 빛이 아직도 우주를 떠돌고 있기도 하다.



우주 배경에서 나오는 태초의 빛, 이것을 우주배경복사라고 한다.



빛이 전자에 부딫혀 반사되어 나와 우리눈에 들어오기 전에 벌써 전자가 이동한다는 말은 잘 납득이 안가네요.

전자에서 나온 빛을 우리가 보기 전에 전자는 또 다른 운동을 하고 있다는 말인가요?



그렇게 된다면, 이것은 빛의 속도를 앞지르고 있는게 아니라고 생각한다.

앞에서와 같은 경우일 뿐이다.

우리는 항상 이전 상태의 물체를 보는것이다. 빛에 의해서...

전자의 경우에도 마찬가지이다.

마지막으로, 전자가 빛보다 빠르다, 이런 말은 양자역학의 그 유명한 불확정성의 원리로부터 나온게 아닐까 생각해본다.



불확정성의 원리는,

위치의 오차 X 운동량의 오차 =(근접한다) h (플랑크 상수) 라는 내용을 가진다.

즉, 어느 물체의 위치와 운동량 (어쩌면, 에너지)는 동시에 알 수 없다는 말이다.

공식화 하면, △x △p ≒ ħ 가 된다.

즉, 우리가 위치를 정확히 알려고 하면 할수록 (또는 정확히 알수록) 운동량의 오차는 커져서 더 가늠할 수 없게 되는 것이다.



ħ라고 나타내어진 플랑크 상수의 값은 아주 작다.

거시적인 세계에서는, 크게 문제가 없을수가 있는것이다.

하지만, 원자의 세계같은 미시적인 세계에서는, 플랑크 상수가 엄청난 위력을 발휘한다.



따라서, 우리가 전자의 운동량을 최대한 정확하게 안다면, 그 위치를 모르게 된다.

반대로, 위치를 정확하게 안다면, 운동량을 모르게 되는 것이다.

그 오차의 곱은, 플랑크 상수보다 크거나 같다.



따라서 빛보다 빨라지게 보일만한 확률도 없지는 않다는 결론이 나오게 되는 것이다. 하지만 넘는다는 얘기는 아니다.


복사출처:네이버 오픈사전