양자역학에 대하여
역학의 세계
양자론의 기초를 이루는 물리학이론의 체계이다. 원자, 분자, 소립자등의 미시적 대상에 적용되는 역학으로 거시적 현상에 보편적으로 적용되는 고전역학과 상반되는 부분이 많다. 양자역학의 등장으로 물성물리학을 비롯한 다양한 물리학 분야에서 큰 발전이 이루어졌다
관성의 법칙
관성의 법칙은 물체의 외부에서 외력이 존재하지 않으면 자기가 가지고 있는 운동 상태를 그대로 유지한다는 뜻이다.
이 법칙은 F-ma라고 부른다. 가속와 함께 힘에 대한 관계를 알려주는 것이다. 그리고 작용과 반작용의 법칙이 있다.
다시말해 물체 A가 B에 작용하고 있을 때, 물체의 B도 역시 A를 향해서 힘을 작용한다. 이때 힘의 방향은 서로 다르고, 크기는 같다는 뜻이다.
뉴턴의 법칙이기도 한 이 법칙은 힘이 작용하고 있으면 거기에는 반드시 가속도가 있다는 뜻입니다.
힘이 작용하면 물체의 운동 상태가 달라진다.
물체가 운동하는 가운데 엘셀레이션, 가속도를 보게 되는데 운동상태가 달라졌다면 반드시 거기에 작용하는 힘이 있다.
이 법칙은 모든 시간에 성립하고 매 시각 적용되는 인과관계에 대한 것이다.
양자역학(quantum mechanics)은 분자, 원자, 전자, 소립자와 미시적인 계의 현상을 다루는 즉, 작은 크기를 갖는 계의 현상을 연구하는 물리학의 분야이다.
19세기 중반까지의 실험은 뉴턴의 고전역학으로 설명할 수 있었다.
양자역학이란 말을 이해라려면 '양자'와 '역학'을 각각 살펴보는 것이 좋다. '양자로 번역된 영어의 quantum은 양을 의미하는 quantity에서 온 말로, 무엇인가 띄엄뛰엄 떨어진 양으로 있는 것을 가리키는 말이다.
양자역학은 고전역학으로 설명되지 않는 현상에 대한 정확한 설명을 제공한다. 양자역학의 효과는 거시적으로는 관측이 어렵지만 고체의 성질을 연구하는 과정에서 양자역학 개념이 필수적이다.
초기 양자론의 논리적 궁지를 타개하기 위해서 하이젠베르크(W.Heisenberg), 슈뢰딩거(E. Schrodinger), 디락(P.A.M.Dirac)등이 수립한 이론체계이다. 수학적 표현 형식은 여러가지가 있지만 물리적 내용은 동일하다. 고전 물리학에 의하면 하나의 입자의상태는 그 위치와 운동량에 의해 확정된다.
뉴턴의 법칙에서는
역학의 어떤 원리로서, 많은 가능한 패스 중에서 이 하나를 끄집어 내는 어떤 원리를 찾고 싶었던 것은
어떤 물체가 처음 위치에서 나중 위치로 궤적을 가지고 움직이고 있을 때 궤도가 한번 꺽어질 때마다 힘이 작용하고 있었던 것이다. 힘이 순간의 작용을 통해서 끊임없이 바꿔 나가는 것이다.
힘이 작용해서 그다음 위치를 이야기해주고 , 그 힘이 작용해서 가속도를 통해 그다음 위치를 이야기해주고...
반복적으로 진행되면서 운동하는 물체의 궤적을 파악할 수 있다.
뉴턴이 찾아봤던 역학의 원리로서
이러한 경로는 어떤 근본적인 원리가 있을 수 있다.
라그랑지이란 개념과 뉴턴의 법칙의 연결해보면,
조셉 루이스 라그랑지가 처음 이야기한 운동에너지와, 퍼텐셜 에너지의 차이 값은 라그랑지언의 L이라고 하는 T-U인데 키네틱 에너지, 즉 T에는 오직 벨로시티, 다시말해 x닷에 관계된 함수이다.
1차원 운동을 생각해보면 어떤 힘 F가 존재해서 물체에 가속도를 주게 되는데 뉴턴의 법칙중에 mx더블닷 F.
mx더블닷은 mx더블닷이라고 하는 것을 시간에 대해서 미분한 것으로 표현할 수 있게 되는데
m은 질량이고 콘스턴트이기 때문이다. 여기서 F는 퍼텐셜 에너지의 그레이디언트에다가 마이너스를 붙이는 것이다.
뉴턴 방정식이 이야기 하고 있는 것은 실제 물체가 움직이는 궤도를 말하는 것이다
도대체 이러한 것들을 어떻게 찾아낼 수 있을까하고 여러 사람들이 연구를 한 결과, 해밀턴의 원리라고 부프는 최소 작용원리라고 부르는 것을 발견하게 되었다. 여러가지 내용으로 흐름은 라그랑지언에서 출발해서 액션을 정리하고 그 액션으로부터 패스를 취하고, 궤적을 찾아내는 것이다.
가만히 살펴보게되면 "현재를 정확히 알면 미래를 예견할 수 있다"는 것은 고전 물리학의 결론이 아니라 가정이라고 본다. 현재를 정확히 아는것이 원리적으로 불가능하기 때문이다. 우리가 생각하고 예측된것은 이 우주에 하나밖에 없는 유일무이한 결과에서 나오는 것이 아니라 가능성이 있는 수많은 것 들 중에서 우연하게 하나가 선택되어 나타났다고 볼 수 있다. 양자역학의 부정확한 관점을 가지고 있었는데 통계적 특성에 대해서 잘 숙지하고 인식하는 과정에서 원자 또는 그보다 작은 영역까지 분명하게 알 수 있을 것 같다.
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