양자역학의 기본 개념과 그 실험

소개글

양자역학의 기본 개념과 그 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 들어가며

2. 양자역학의 기본 개념
2. 1. 양자개념이란 무엇인가
2. 2. 양자역학의 등장배경
2. 3. 불확정성 개념의 등장배경

3. 실험으로 알아보는 양자론의 기본 개념
3. 1. 단일슬릿실험에서의 입자의 운동량과 위치측정
3. 2. 현미경에 의한 입자의 운동량과 위치 측정
3. 3. 이중슬릿 실험에서 나타나는 전자의 성질
3. 3. 2. 이중슬릿실험에서 나타나는 전자의 파동성
3. 3. 3. 이중슬릿실험에서 나타나는 전자의 불확정성
3. 3. 4. 이중슬릿실험에서 나타나는 전자의 이중성

4. 마치며

본문내용

사용하여 전자에 손전등 빛을 쪼여보자. 점점 더 약한 손전등 빛으로 실험을 수행하면 간섭무늬가 서서히 나타나며, 손전등 빛을 약하게 할수록 간섭무늬가 더욱 두드러진다. 만약 손전등을 끄면 간섭무늬를 뚜렷하게 볼 수 있을 것이다.
이것을 어떻게 설명할 수 있을까. 손전등 빛이 약해지면 전자에 부딪히는 광자 수가 줄어들어서 어떤 전자(손전등 빛으로 못 본)는 광자에 산란되지 않은 채 슬릿을 통과할 것이다. 손전등 빛으로 본 전자는 기대한 대로 슬릿 1 또는 슬릿 2 뒤에 나타날 것이다. 그러나 보지 못한 전자는 두 슬릿에 의해 나뉘어져서 서로 간섭하여 스크린 위에 간섭무늬를 만들게 된다. 손전등 빛이 매우 강한 극한에서는 전자의 입자성만을 볼 수 있고 매우 약한 극한에서는 전자의 파동성만을 볼 수 있다. 중간영역에서는 파동성과 입자성이 다 같이 나타난다.
이러한 설명하기 어려운 현상을 보면서 다음과 같이 생각해 볼 수 있다. 즉, 전자는 파동이면서 입자라기 보다는 파동도 입자도 아니라고 할 수는 없는가. 왜냐하면, 전자가 파동처럼 퍼져나가는 모습을 결코 볼 수 없고 하나의 전자가 입자의 모습을 한 것도 볼 수가 없으며, 입자성과 파동성을 동시에 보여주지도 않는다. 단지, 전자가 나타내는 현상을 파동이나 입자로서 설명이 가능할 따름이라는 것이다.
즉, 이것은 종래의 입자와 파동이라는 이중성의 개념을 초월하는 전자의 본모습을 상상하게 만든다. 이처럼 전자가 지닌 초월적인 입자와 파동의 이중성은 생각하면 할수록, 모호한 구석이 있다.
4. 마치며
본 보고서를 마치며, 여전히 양자역학에서 등장하는 기본적인 개념들이 낯설고, 다가가기 부담스럽다는 점이다. 그것은 상태함수와 퓨리에 변환, 슈뢰딩거 방정식과 같이 약간은 복잡한 수학적인 언어에 길들여져야 한다는 데에서 오는 것이 아니다. 단지, 거시 세계에서 미시 세계로 들어가는 문턱에서 당혹감만을 느끼며, 한 치 앞을 진전키 힘들다는 것이다.
플랑크에 의해 양자 개념의 등장하고, 이것으로 현대 과학의 새로운 문을 열게 되었는데, 첫 번째 넘어야 할 문턱이라 할 기본적인 개념이, 기존의 고전물리학적 입장으로서는 도저히 납득될 수 없다는 데에 근본적인 장벽이 존재하는 것이다. 그 첫 번째 문턱이 바로, 입자의 이중성과 불확정성원리와 같은 양자역학의 기초 개념이다. 특히, 입자의 이중성은, 기존의 입자와 파동에 대한 관념으로서는 받아들이기 어려운 초월적인 성질을 지니고 있다.
본 보고서에서 살펴보았듯이, 물질세계의 기초를 이루는 입자 중 하나인 전자는 이처럼, 입자의 성질을 띄기도 하고, 파동의 성질을 띄기도 하면서, 더 이상의 접근을 허용치 않고 있으며, 실제 그 모습이 어떠하며, 어떠한 운동 형태를 지니는지는 여전히 베일에 가려져 있을 따름이다. 이와 같은 당혹스러움을 두고, 다음과 같은 닐스 보어의 말을 떠올린다.
"양자이론을 처음으로 접했을 때 놀라지 않는 사람은 결코 양자이론을 이해하지 못할 것이다."
) 역자 엄정인, 김인묵, 최준곤, 양자역학, 고려대학교 물리학과, 1995, p101

키워드

양자역학,   양자개념,   전자기학,   물리학