본문의 양이 길어 저장이 되지 않네요.
할수 없이 1편과 2편으로 나누어 올립니다.
이곳은 정리-2 입니다.
누구나 이해할 수 있는 양자론
Newton Highlight Newton Highlight 누구나 이해할 수 있는 양자론
일본 뉴턴프레스 편 | 뉴턴코리아 | 2006년 12월
발전하는 양자론
본문 112 페이지
진공에서 소립자가 생겨났다가는 사라지고 <<무>>에서 우주가 생겨난다.
진공에서는 그 에너지를 사용해서 전자와 양전자의 쌍과 같은
모든 소립자가 여기저기에서 생겨났다가는 사라진다.
터널효과
사시광선이 유리를 통과하는 것처럼
전자등의 소립자도 본래는 통과하지 못할 장벽을 빠져 나간다.
본문 90 페이지
원자핵 속의 알파입자는 강한 핵력으로 원자핵에 묶여있기 때문에,
보통의 경우에는 원자핵에서 튀어나오지 않는다.
그러나 알파 입자는 터널 효과를 일으켜 이 에너지 벽을 뚫고 나가
원자핵 밖으로 튀어나오는 것이다.
태양이 빛나는 것은 터널효과 덕분이다.
태양이 빛을 내는 것은 수소원자와 수소원자 사이의 핵융합에 의한 것이다.
그런데 사실 태양의 온도는 핵융합이 일어나기에는 부족한 온도이다.
수소 원자의 양성자와 양성자가 충돌하기 위해서는 엄청난 운동 에너지가 필요한데
태양의 온도는 그러한 에너지가 발생할 정도로 뜨겁지 않다.
하지만 터널효과에 의해
수소의 양성자는 짧은 순간
에너지의 불확정성이 커지며 매우 큰 에너지를 갖게 되어
그 에너지로 다른 양성자와 충돌하여 강한 핵력에 의해 결합한다.
이러한 핵융합을 통해 태양이 빛을 내는 것이다.
-다음 블러그에서 발췌-
자연계의 4개의 힘 가운데 3개를 밝히다.
본문 113 페이지
양자론 에서는 힘을 <<입자의 공받기>>로 설명한다.
이 이론을 바탕으로 자연계에 존재하는 4개의 힘 가운데
전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력의 규명에 성공했다.
남은 넷째 힘은 중력이다.
그러나 양자론의 틀로 중력을 설명하는 데에는 아직 이르지 못하고 있다.
전자기력
일반적으로 전자기장(電磁氣場) 내의
전하, 자기량, 전류에 전자기장이 미치는 힘을 가리킨다.
전기력과 자기력은 근본적으로 같은 힘이다.
전자석처럼 전기로 자기력을 만들 수 있고,
반대로 발전기처럼 자기력으로 전기를 만들 수도 있다.
이와 같이 전기와 자기는 밀접한 관련을 가지고 상호작용 하므로
이를 통틀어 전자기라 하고, 전자기와 관련된 힘을 전자기력이라 한다.
약한 핵력
자연계에 존재하는 입자간 상호작용은
그 세기의 차례로
강한상호작용· 전자기적 상호 작용·약한 상호작용·중력 상호작용으로 분류된다.
약한 상호작용에 의해 일어나는 현상으로서는
β붕괴, 핵외(核外) 전자의 전자포획, μ입자의 원자핵에 의한 포획,
π중간자의 μ붕괴, 중성미자(中性微子) 포획에 의한
역β붕괴와 같은 경입자가 관계한 현상이 있다.
그리고 K중간자의 π중간자로의 붕괴와 같이 경입자가 관계하지 않은 현상도 있다.
약한상호작용의 일반적 특징으로는
전자기적 상호작용의 10-12 정도로 세기가 약하다.
그리고 맥스웰·유카와형의 상호작용과 같은 보존(boson)을 중개로 하지 않고
페르미상호작용을 원형으로 삼고 있다.
패리티가 보존되지 않으며,
강한상호작용이나 전자기적상호작용 등에서 성립하는
시간반전(反轉)불변성 등의 많은 대칭성이 파괴되어 있다.
강한 핵력
개의 소립자가 약 10-15m의 거리에 있을 때 작용하는 힘 또는 상호작용을 말한다.
강한상호 작용에는 원자핵 속의
양성자와 중성자, π중간자와 핵자, Λ입자와 핵자, K중간자와 Σ입자의 상호작용 등이 있다.
강한상호작용 도달거리는 10-15cm이다.
쿼크 모형에서는 이들 입자의 구성요소인 쿼크(quark)가 글루온(gluons; 접착자)을
흡수 또는 방출하는 과정에서 강한상호작용이 일어난다.
쿼크와 글루온은 색깔 전하를 교환하는 입자들이다.
전하량을 띤 물체들이 광자를 매개입자로 힘을 교환하는 것처럼
색깔 전하를 띤 쿼크들은
글루온이라는 매개입자를 교환하여 강한상호작용을 한다.
이 작용에 의하여 색깔 전하를 띤 입자들은 접착(glued)된다.
양성자는 전자기력에 의해 서로 밀어내야 하지만
핵 내부에서 강한 상호작용을 통해 핵을 구성하고 있다.
강한 핵력은 양성자와 중성자를 구분하지 않고 인력으로 작용한다.
중력
질량을 가지는 모든 물체에는 중력이라는 상호작용이 일어난다.
그러나 네 가지 상호작용 가운데 그 상대적인 크기가 가장 약하다.
일정 거리만큼 떨어진 두 입자 사이에 작용하는 강한 상호작용의 강도의 크기를
1이라 할 때 중력상호작용의 상대적인 크기는 0에 불과하다.
그러나 매우 먼 곳까지 영향을 미치므로 전자기적 상호작용과 함께
거시적인 세계에서도 관찰이 가능하다.
또한 중력상호작용은 네 가지 상호작용 가운데 유일하게
전자, 양성자, 중성자 등의 모든 입자들 사이에 작용하며 만유인력으로 나타난다.
중력상호작용을 매개하는 중력자의 존재는 아직 실험적으로 검출된 적이 없으며
정지질량은 0이고, 스핀은 2로 기대된다.
-백과사전 출처-
본문 142 페이지
아인슈타인은 양자론의 탄생에 크게 공헌했다.
그러나 그는 언제부터인가 양자론 연구의 주류에서 멀어진다.
아인슈타인이 양자론 비판에 앞장선 것이다.
왜 그런 행동을 했을까?
양자란 과학자가 필요에 따라 서로 다른 실험을 통해 알고자 원하는 대상을 여러 다른 각도로 조사할 때
그 대상에 대한 지식에서 피할 수 없는 틈으로서 출현했다.
그때까지 나타난 증거로 보아 단순히 어떤 일이 일어날 확률이 아니고
그 일 자체를 설명할 이론을 요구한다는 것은 의미가 없었는데 아인슈타인은 이론을 요구했다.
그의 자세는 어윈 슈뢰딩거와는 조금 달랐지만
두 사람 모두 양자가 언젠가 어떻게 해서든지 제거될 것이고
그래서 연속성과 결정론이 회복되리라는 신념을 공유했다.
닐스 보어는 아인슈타인의 반대에 놀랐지만
그는 물리 이론이 선입견에 의한 개념이 아니라
측정 가능한 양과 연결 지을 수 있는 개념을 통해서만 세워질 수 있다는 규칙에 의해서
아인슈타인이 인도될 것으로 생각했다.
바로 그 규칙이 아인슈타인으로 하여금
에테르, 절대적인 시간 간격 그리고 중력과 관성 사이의 차이 같은 개념을
추방하게 만든 규칙이었다.
그러므로 동일한 규칙을 양자론에도 적용해야하지 않겠는가?
그러나 아인슈타인의 생각은 달랐다.
동일한 규칙을 적용하는 대신에
코펜하겐 해석의 근거인 불확정성의 법칙이 성립하지 않는 경우를 찾아내
그 법칙에 예외가 존재하므로 옳지 않다고 증명하기 위해 그의 위대한 능력을 집중했다.
그는 사고 실험(실제로는 기술적으로 어려워서 생각만으로 하는 상상 실험)을 사용하여
불확정성의 법칙의 예외를 보여주려고 시도했다.
아인슈타인은 매일 새로운 사고 실험을 생각해 보어에게 제시했고
보어는 그 실험의 오류를 찾아내 반박했다고 한다.
그중의 한 예는 보어를 정말 어렵게 만든 경우였는데
`하이젠베르크의 법칙에 의하면,
원자 내부라는 광자 정도 크기의 세계에서 일어나는
사건의 에너지 변화량과 그 사건이 일어나는 시간은 플랑크 상수보다 더 정확히 결정될 수 없다.
아인슈타인은 이 법칙이 성립하지 않는 한 가지 경우를 찾아냈다고 믿었다.
그의 생각은 만일 질량을 안다면
에너지를 결정할 수 있다는 자기가 발견한 방정식 E=mcxc에 근거했다.
그래서 한 광자의 에너지를 알아내기 위해 그 질량을 측정해 볼 수 있다.
*사고 실험
내부 벽에 거울을 장치한 상자 속에 빛을 가두어
그 빛이 상자로부터 영원히 빠져 나올 수 없게 만들었다고 가정하자.
그리고 상자안에 특정한 순간에 동작되도록 미리 설정해 놓은 시계를 장치하고
이 시계에 의해 작동되는 셔터가 열리면 그 광자가 상자 밖으로 나갈 수 있다.
그 다음 상자의 질량을 측정한다면 질량의 변화를 알 수 있으므로
방정식을 이용해 광자의 에너지를 계산할 수 있다.이 경우 에너지의 변화량과 시간을 정확히 알 수 있다.
보어는 하루 밤낮을 꼬박 고민한 끝에 오류를 겨우 찾아낼 수 있었다.
그 것은 질량을 측정하는 실험이 시계에 미치는 영향이었다.
보어의 반박을 보면
빛을 담은 상자가 용수철 저울에 매달려 있다고 상상하고
광자가 상자 밖으로 나갈 때 그 상자는 반동 때문에 움직일 것이다.
따라서 지구의 지면에 대한 상자의 높이 즉 지구의 중력장에 대한 상자의 위치도 변할 것이다.
일반 상대론에 의하면 이러한 위치 변화는 시계의 시간이 흘러가는 비율도 변화시킴을 의미한다.
그 변화량은 지극히 작겠지만 이 경우에는 절대적이다.
우선 도망가는 광자의 방향에 대한
불확정성, 그로 인한 상자 반동의 불확정성, 지구 중력장안에서 상자의 위치에 대한 불확정성 등
연쇄적으로 누적된 피할 수 없는 불확정성으로 말미암아
광자가 상자로부터 벗어나는 정확한 시간이 결정될 수 없기 때문이다.
이것은 하이젠베르크의 법칙으로 예상되는 딱 그만큼 불확실했다.
결국 아인슈타인은 졌다.
아인슈타인은 비록 엄밀한 과학적 이유만 가지고는
코펜하겐 해석을 도저히 반박할 수는 없다는 점을 인정했지만
여전히 양자론을 완전한 이론으로 인정하기를 거부했다.
그는 그 이론이 많은 일을 해냈지만,
우리를 영원하신 그분의 비밀에 조금도 더 가까이 데리고 가지는 못했다고 말했다.
아인슈타인은 여전히 대상 자체를 기술할 가능성이 존재한다고 믿었다.
반면 보어의 관점은 인간이 중심이었다.
관찰자로서의 인간은 이성적인 근거 위에서 인간이 행동하는 원인을 이해하려고 시도한다.
그러나 인간은 순수한 이성이나 순수한 공정성에 의해 인도되지 않는다.
주변상황에서 벗어나야 비로소 인간은
서로 다른 접근 방법 사이의 모순을 본다.
인간은 추상적이라고 부르는 것의 창조자이므로 여기에 진정한 모순이란 존재하지 않는다.
관찰자로서 인간은 모순이 명백하게 드러나는 이론 체계를 세운다.
닐스 보어는 인간의 바깥에 존재하는 양식을 보는 대신에
과학을 포함에 광범위하게 여러 가지 서로 다른 접근 방법을 총동원하면서
인간의 경험이 얼마나 넓고 풍부한지를 깨달았다.
그러나 최근에 점점 더 높은 에너지와 관련된 현상에 대해 실험하면서
양자 역학이 적용될 수 있는 한계를 발견한 것처럼 보인다.
오늘날 사용되고 있는 거대한 가속기를 사용해
원자핵이 수백만 또는 수억 전자볼트의 에너지를 지닌 소립자에 의해 충돌되면,
새로운 힘과 새로운 입자가 등장한다. 이것들은 양자 역학을 기반으로 삼고서도
대답할 수 없는 문제들을 제기한다.
새로운 이론이 필요하다.
-출처 : [기타] 바바라 러벳 클라인의 물리학자와 양자론-
현대 물리학의 두 영역은 거시세계와 미시세계이다.
거시세계를 지배하는 원리는 아인슈타인의 상대성 원리이고,
미시세계를 지배하는 원리는 양자역학이다.
문제는 이 두 세계가 너무나 다른 원칙 아래에 지배받고 있다는 것이다.
상대성이론과 양자역학의 모순의 해결로 등장한 끈 이론,
과연 끈 이론은 만물의 세계를 이해시키는 환상의 이론이 되 수 있을 것인가?
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제 블러그
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제1장 양자론이란 무엇인가?
1. 미래는 결정되어 있을까?
2. 양자론이란?
3. 양자론 요약
제2장 양자론의 탄생
1. 이해의 열쇠 ‘파동과 입자의 이중성’
2. 빛의 파동설
3. 양자론에서 생각하는 빛
4. 원자의 모형
5. 양자론에서 생각하는 전자와 원자
요점 정리 양자론의 탄생
제3장 양자론의 핵심에 다가간다.
1. 이해의 열쇠 ‘상태의 공존’
2. 전자의 간섭
3. 해석을 둘러싼 논쟁
4. 불확정성 관계
요점 정리 양자론의 핵심에 다가간다.
제4장 발전하는 양자론
1. 진공의 새로운 이미지
2. 터널 효과
3. 화학과 고체물리학으로의 발전
4. 자연계의 4개의 힘
5. ‘무’에서 생겨나는 우주
요점 정리 발전하는 양자론
제5장 양자론 총정리
1. 양자론의 주요 인물
2. 양자론 연표
3. 양자론 키워드 맵
4. 양자론이란? 다중 세계 해석이란?
제6장 아인슈타인과 양자론의 발전사
아인슈타인과 양자론 이야기
출처 : 내가 좋아님 http://www.cyworld.com/duddmsrhkcjfgh
