빛이 파로 나아가는지 입자로 되어있어 직진을 하는지에 대한 논란은 오래전부터 끊임없이 제기되었다.
1700년대 아이작 뉴턴은 빛은 입자로 되어 있다고 주장했고
네덜란드 물리학자 호이겐스는 빛은 파로 이루어졌다고 주장했다.
당시 막강한 파워를 가졌던 뉴턴에게 밀려 호이겐스의 빛의 파동 설은 무시되었다.
그후 1801년 영국의 물리학자 토마스 영은 이중 슬릿 실험을 통해 빛이 파동임을 증명했다.
양자 역학의 시작
1900년 막스 플랑크는 흑체 복사 스펙트럼에 대한 수학적인 예측 방법에 양자 가설을 고안했다.
즉 빛과 같은 전자기 에너지는 물처럼 고르게 계속 흘러 들어오는 것이 아닌 입자인 모래알처럼 패킷의 연속으로 들어온다.
그는 이 패킷을 양자(quantum)라 불렀고 양자 가설로 흑체 복사의 문제를 해결했다.
이것이 양자 물리학의 시작이다.
빛의 이중성
1905년 아인슈타인은 광전 효과 현상을 설명했고
이것으로 빛의 이중성을 증명하면서 빛이 입자냐 파동이냐 논란을 종결 시켰다.
물질의 이중성
1913년 닐스 보어는 전자는 양자화 된 궤도에서 움직인다 (quantum leap)는 양자 역학을 기반으로 하는 원자 모형을 제안했다.
1924년 드 브로이는 빛이 이중성을 갖고 있다면 물질도 이중성을 갖고 있으리라 생각하고 물질 파를 제안했다.
드브로이는 전자 파동이 정상파 궤도를 가짐을 제안하여 보어의 원자 모형을 보완했다.
전자가 정상파 궤도에서 돈다면 가속이 없으므로 에너지를 잃고 원자핵 속으로 빠져 들어가 파괴되는 일은 일어나지 않는다.
20세기 초 double slits과 같은 실험을 통해 전자 같은 입자들은 파의 형태로도 행동한다는 것이 증명되었다.
이 입자들의 행동을 설명하기 위해
1925년 하이젠베르크에 의한 행렬 역학이 1926년 슈뢰딩거에 의한 파동 방정식이 발표되었다.
- 한구멍을 막고 전자총을 쏘은 경우와 두 구멍에 전자총을 쏘은 경우: 한쪽 구멍을 막고 전자총을 쏘은 경우는 다른 일반 공과 마찬가지로 전자가 직진해서 벽에 부딪쳐 한줄에 나타나지만 두구멍에 전자총을 쏘으면 물위의 파처럼 서로 간섭을 하여 상쇄 되거나 보강하게 되어 여러 줄로 나타나게 된다.
- 탐지기를 켜놓은 경우와 꺼놓은 경우: 전자의 이동을 관찰하기 위해 탐지기를 켜놓으면 전자들의 일반 공처럼 행동을 하지만 탐지기를 끌겨우 다시 서로 간섭을 한다.
오비탈
하이젠베르크는 보어의 원자 모형에 문제점을 발견하고
1927년 전자와 같이 아주 작은 물질의 정확한 속도와 정확한 위치를 동시에 아는 것은 불가능하다는 불확정성 원리를 도입했다.
EPR 역설
1911년 세계 물리학 솔베이 회의에서 닐스 보어는 양자 역학에 대한 코펜하겐 해석을 발표했다.
보어에 따르면 어떤 것을 측정하기 전에는 확률 적으로 측정 값을 표현할 수 있을 뿐 정확한 값은 모르지만
측정하는 순간 불확정성은 사라진다.
이에 아인슈타인은 코펜하겐 해석에 반대하는 EPR 역설을 발표했다.
양자역학 발달
년도 | 물리학자 | 업적 |
1900 | 막스 플랑크 | 양자가설로 흑체복사의 자외선 파탄 문제 해결 E =nhf |
1905 | 아인슈타인 | 광전효과로 빛의 입자설을 증명 |
1913 | 닐스 보어 | 러더퍼드 원자 모형을 수정하고 양자화된 궤도로 전자가 원자핵 속으로 빨려들어가 파괴되는 문제를 해결 |
1923 | 콤프턴 | 콤프턴 효과 발견으로 빛의 이중성 증명 |
1924 | 드 브로이 | 물질파 제안 λ = h/mv |
1925 | 하이젠베르크 | matrix를 기반으로 하는 행렬 역학 |
1926 | 슈뢰딩거 | 파동역학: 슈뢰딩거 방정식 |
| 막스 보른 | 파동함수의 확률해석 제안 |
1927 | 하이젠베르크 | 불확정성 원리 △x△p≥ħ/2 |
| 솔베이회의 | 코펜하겐 해석 |
1928 | 폴 디락 | 디락 방정식: 양자역학과 특수 상대성이론을 연결함 |
1932 | 폰 노이만 | 숨은 변수 이론의 불가능함을 수학적으로 증명 |
1948 | 리차드 파인만 | 양자전기역학 - 파인만 도표 이용 |
1964 | 존 벨 | 벨 부등식에 의해 국소적 숨은 변수 이론은 양자역학에서 주는 결과와 양립할 수 없음을 주장 |
1982 | 아스펙트 | 아스펙트, 그랜지어, 로저의 실험으로 양자역학이 옳다는 것이 증명됨 |
