과학사 요점정리

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과학사 요점정리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 밀레토스 학파의 과학

2. 플라톤과 아리스토텔레스의 과학

3. 헬레니즘 시대와 로마의 과학

4. 중세대학과 스콜라 학풍의 과학

5. 중세 암흑기의 과학

6. 근세 초기의 과학과 18세기의 과학

7. 19세기의 과학

8. 19세기 말까지의 물리학적 자연관

9. 고전 물리학의 파종과 20세기 자연관

10. 진화론의 확립

11. 상대론(The Relativistic Theory)

12. 양자론

본문내용

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광전효과란 금속표면에 자외선을 쪼이면 전자가 튀어나오는 현상이다. 1.금속면에 조사되는 빛의 강도에 따라 많은 전자가 튀어나온다. 그러나 이때에 금속면에서 나오는 전자들의 에너지는 일정하며 금속의 종류에 따라 다르다. 2.금속면에 조사되는 빛의 진동수가 특정한 진동수 이상의 빛에 대해서만 전자가 방출되며 그 이하의 진동수에서는 아무리 빛의 강도를 높여도 전자는 방출되지 않는 다는 것이다.
콤프턴 효과 - 아인슈타인의 빛의 양자설은 미국의 밀리컨,콤프턴 등에 의해 실험적으로 증명되었다. 콤프턴은 고전적인 실험에 의해 전자와 X선의 충돌실험을 하였다. 이것을 「콤프턴의 X선 산란」이라 한다. 전자와 같은 입자의 파동으로만 생각된 X선을 쪼이면 전자와 X선이 운동량과 에너지를 갖는 입자간의 충돌과 같은 현상이 관측된다는 것이다. 따라서 X선이라는 전자기파를 입자와 같이 취급해야 한다.
(4) 원자구조의 해명
1900년대의 양자개념이 대두되고부터 물질을 구성하는 최소 단위로서의 원자의 구조에 대한 영구로부터 양자론의 완성이 가능하게 되었다. 톰슨은 전자를 발견하게 되었다. 톰슨은 양의 전기를 갖는 부분이 원자 전체에 거의 균등하게 분포되어 있는 가운데 음의 전하를 갖는 전자들이 박혀 있다고 원자를 상상했다.
러더포드는 원자의 중심에는 원자핵이 있으며 이 원자핵이 원자질량의 대부분을 이루고 있으며 원자핵 주위를 전자가 돌고 있다는 모형을 제시하였다. 방사성원소로 부터 방출되는 α입자가 양으로 대전된 헬륨의 원자임을 증명하였다. 그러나 원자의 스펙트럽과 안전성의 문제는 풀지 못하였다.
닐스보어 1.원자는 정상의 상태에서 특정한 에너지 상태에 있으며 이때 전자는 핵 주위를 회전하는 하나의 특정 궤도에 있고 이때는 빛을 방출하지 않으므로 원자가 하나의 정상상태를 유지한다. 2.원자내의 전자가 어떤 원인으로 하나의 궤도에서 다른 궤도로 바뀔 때에 그 궤도 차에 해당하는 에너지차를 갖는 광자의 에너지로서 빛을 발한다. 보어의 이러한 가설은 플랑크의 흑체복사에서 제안한 빛에너지 양자이론이나 아인슈타인의 광량자설과 일치하는 계산결과를 보여주었다.
(5) 물질의 이중성
정상파란 양끝이 고정되어 있어서 진동의 형태가 「배」와 「골」의 부분으로 명확히 나타나는 파를 말한다. 원자내의 전자가 궤도에 따라서 파동의 형태를 보여준다는 것은 양끝이 고정된 현의 진도에서 보여주는 정상파와 같은 파동의 형태와 유사한 현상이 전자의 궤도에 따라서 특정한 형태가 나타난다는 것으로 이는 양끝을 이어둔 현의 진동과 같이 설명될 수 있다. 이같은 현상이 전자가 갖는 파동성을 의미하는 것이다.
양자화란 물질적인 어떤양이 기본이 되는 양이 존재하고 이 기본양에 대하여 어떤 정수에 의하여 물리량이 나누어진다는 뜻이다. 즉 현의 진동의 경우 배가 하나인 파동형태를 기본으로 하여 이것이 정수배로 나누어져 존재한다. 이와같은 개념에서 현의 진동에서 양자화된 파의 형태를 각각의 입자화된 개념으로 볼 수 있는 것이다.
(6) 불확정성의 원리
양자화 개념을 토대로 보어는 원자 모형에서 전자의 양자화에 대한 가설에 입각하여 원자의 스펙트럼에 대하여 완벽하게 설명하였다. 그리고 드브로이에 의해 파동성이 제시되었다. 원자핵 주위의 전자 파동성에 대한 주장에 대해서 아인슈타인은 여러가지로 비판적인 의문을 제시하였다. 전자가 원자핵 주위를 돌고 있는 때는 그 위치가 명확하게 정해지지 않고 파동과 같은 형태만을 보여준다는 것은 보어의 원자모형이 어딘가 잘못이라고 반박하였다. 이에 대한 해답은 하이젠베르크에 의한 불확정성의 원리에 의해 찾아졌다. 가시적인 큰물체와 미세한 세계의 원자나 전자와 같은 것은 근본적으로 다른 세계의 실체이어서 물리량도 달라야 한다는 가설에서 출발하였다. 그 결과 물체의 위치와 운동량은 같은 시간에 특정한 값을 가질 수 없는 서로 상반된 양이라는 것이다. 또한 시간과 에너지양도 동시에 정확한 값을 갖는 물리량이 아니라는 사실이다.
(7) 양자역학의 방정식
슈뢰딩거에 의해 양자론이 수학적형식으로 발전되었다. 파동방정식에 의하면 그 당시까지의 보어 이론에 의한 원자구조를 완벽하게 서술할 수 있을 뿐아니라 그 외에 원자에 관한 모든 현상을 설명해 주는 양자현상에 관한 완벽한 방정식이었다. 근원적으로 물질이 이중성을 갖기 때문에 파동의 입자에서 서술된 파동방정식을 양자화하면 입자성을 갖는 행렬식으로 변하며 역으로 진동수와 갖은 입자성에서 출발한 행렬식을 양자화하여 파동성과 같은 성질을 유추해 낼 수 있는 것이다.
(8) 원자력시대의 도래와 소립자론
러더포드는 금박에 α선을 쪼여서 α선의 산란실험에 의하여 핵의 존재를 발견하였다. 이후 양자론이라는 예리한 칼날은 원자핵으러 부터 방사선을 파헤침으로서 핵에 대한 또다른 작은 우주속으로 파고들고 있다. 앙리 베쿠렐에 의해 방사능이 발견되었다. 핵에 대한 연구는 방사능의 연구에서 비롯되었다. 양성자가 중성자로 변하면서 양전자가 발생한다는 것을 알게 된다. 1930년대 중반에 이르러서는 모든 물질의 기본입자가 중성자,양성자,전자,그리고 중성미자인 4개로 되었다고 생각하게 되었다. 디랙은 반입자의 존재를 주장하였다. 그는 1928년 상대성이론과 양자론을 조화하여 전자의 스핀을 고려한 전자의 새로운 파동방정식을 만들었다. 이것이 상대성이론에 의한 디랙의 「반입자」이론이다. 원자내의 핵과 전자는 이들간의 전기력에 의하여 원자를 유지하고 있다. 원자들간의 상호작용력의 근원은 원자들 사이에는 전자들의 접촉에 의한 전자의 교환에 기인한 교환력이다. 파웰은 우주선으로부터 해면상에 도달하는 전자질량의 207배 정도의 입자를 발견하였다. 이들이 각각 가벼운 중성자인 뮤온과 무거운 중간자인 피온이라는 두 종류의 중간자이다. 겔만과 츠바이크는 그때까지 발견된 100여종의 소립자들이 쿼크로 이루어졌다는 「쿼크모델」을 제창하였다. 그후 참쿼크의 존재를 추가하였고 이후 중성자보다 3배 더 무거운 뉴프실론 중성자가 2개나 확인되어 바텀쿼크와 탑쿼크가 추가되어 총 6개가 되었고 그 뒤에도 쿼크는 계속 추가되어 반쿼크까지 나오게 되어 현재에는 36종류에 이르고 있다.
참고자료
교재 및 강의노트

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