역사적으로 따져 보면
일단, 영의 이중슬릿 실험이 있죠...
그 당시 고전적 입자 개념으로는 도저히 빛의 간섭현상을 설명 못할 뿐만 아니라
고전적 입자 개념이 전혀 없이, 파동만으로도 완벽하게 설명이 되기 때문에
빛은 파동이라고 생각했습니다.
그 이론적 근거는 전자기학에서 찾을 수 있습니다.
전자는 전자기학에서 분명 입자로 다루고 있습니다.
반면, 빛은 전자기파로 다루고 있죠. 전자기파는 전기장과 자기장의 변화가 전달되는 것이라
전자기파는 입자와는 달리 모든 공간에 모든 시간을 걸쳐 존재하는 그 무엇이라고 간주합니다.
에테르를 찾는 것을 보면, 전자기파는 실체가 아니라 에테르라는 물질의 진동이고,
그 진동의 전파가 전자기파라고 생각들 한 모양입니다.
그 이후에 특수 상대론이 나오면서, 에테르의 존재는 필요없다는 결론이 나오고
전자기파는 스스로 진공에서 전파되는 성질을 가지고 있다는 성질이 명확해지죠
전자기파는 분명 가능한 영역 전체를 차지하는 특성(사실은 모든 파동현상은 한 점이 아닌 영역을 가집니다)으로 전자기파라는 무엇은 공간에 퍼져 있는 형태라고 할 수 있습니다.
특성은 전자기파가 퍼져 있는 전 영역에서 전기장과 자기장이 관측됩니다.
그리고나서, 안수타인의 광양자설로 빛은 다시 광량자(광자)라는 입자라는 사실이 밝혀 지게 됩니다.
이때부터 딜레마에 빠지기 시작합니다. 빛은 전 영역에 퍼져있는 그 무엇인줄 알았는데,
한 점을 차지하는 입자라는 사실에 놀란거죠...
광전효과에서 파동으로 설명할 수 없는 이유는...
특정 진동수의 빛이 아니더라도 지속적으로 전자기파의 진폭을 키워 쎄게 해주면 될 것 같지만
전혀 그러하지 않기 때문에 파동이 아니라는 것이 명백해 집니다.
(참고로 여기서는 전혀 광자의 위치등등을 파악하려는 의도가 없기 때문에 파동성이 사라진다는 해석은 적용 안됩니다. 좀더 설명하면, 광자는 어디로 날아갈지도 모르고 모든 위치의 전자와 충돌 가능성이 가졌는데 불구하고 무조건 딱 하나의 전자랑 반응합니다)
근데 잘 보면, 광전효과에서 입자임에도 불구하고 진동수가 필요로 합니다.
아직 이때까지는 파장과 운동량의 관계는 모릅니다.
그담에 나온 것이 콤프턴 효과입니다.
보통의 전자기파 산란 실험에서는 전자기파가 목표 물체랑 충돌해서 다른 방향으로 흩어지지만
중요한 점은 파장이 절대로 바뀌지 않는다는 것입니다.
전자기학에서도 파장이 바뀌는 이론은 없죠.
근데, X 선으로 실험하니 충돌 후 흩어지는 X 선의 파장이 쏘아준 파장이랑 다르다는 것이 나타나죠...
여기서, 기존의 전자기파 이론으로는 설명이 안되어,
X선은 광자로 이루어져 있고 운동량과 파장과의 관계를 찾아 냅니다.
이로서 입자로서의 모든 특징이 찾아 집니다.
여기서 힌트를 얻어 파동이라고 알고 있던 광자가 입자라는 것이 밝혀지면서
드브로이는 입자라고 알려진 전자가 마찬가지로 파동현상을 가지지 않을까 해서
연구를 합니다.
드브로이는 콤프턴 효과를 역으로 이용합니다.
문제는 광자는 질량이 없는데 질량이 있는 전자가 가질 수 있는 파장은 어떤 것일까 하고 연구를 하여
드브로이 파장을 구하는 식을 유도!!!!!!!!!!! 해 냅니다. (우연히 찾은 것이 아니라 정확하게 유도하죠)
결과는 질량이 있든 없든 운동량과 파장과의 관계식을 변함이 없다는 것을 증명하였죠...
이것은 나중에 전자회절 실험으로 증명이 됩니다.
자 아직 물질파의 개념이 완전히 밝혀진 것은 아닙니다.
마지막으로 물질파를 명확하게 밝힌(이 뜻은 물리에서는 명확하다는 것은 그 특성을 다 알아내는 것을 뜻합니다)사람은 수뢰딩거입니다.
수뢰딩거는 드브로이의 논문에 감명을 받아 물질파를 확신합니다.
문제는 드브로이 파장은 전자가 아무런 전자기장이 없는 자유공간에서 등속운동을 하는 경우만 고려한 특수한 경우라는 것이 문제였습니다.
그래서, 전자가 포텐셜 속에 있을 때 전자의 물질파는 어떻게 될까 연구를 시작합니다.
수뢰딩거는 포텐셜이 있을 때 운동량이 바뀐다는 것과
기하광학에서 파장이 바뀌는 경우는 매질의 유전율등등이 바뀌는 경우라는 것
이 두가지에서 힌트를 얻어
포텐셜은 전자의 물질파의 매질의 유전율에 해당한다고 가정하고
포텐셜 변화에 따라 운동량이 바뀌는 것은 포텐셜에 의해 파장이 바뀐자다는 결론을 얻고
수룅딩거 방정식을 유도해 냅니다.
방정식을 완성하자 마자, 수소원자에 적용해 보니 정확하게 실험결과와 일치한다는 것을 확인합니다.
이로서 물질파의 개념은 완성되었습니다.
막스 본의 확률해석은 훨씬 나중에 나옵니다. 그리고 보어와 안수타인 등등의 논쟁이나 파동함수가 실체이냐 아니냐의 문제도 훨씬 나중에 나옵니다.
게다가, 전자의 회절 실험에서 수많은 전자들이 점을 찍어서 만든 무늬가 간섭무늬라는 사실도 나중에 밝혀 집니다.
드브로이나 수뢰딩거는 자신의 방정식을 발견했을 때는 분명 물질파는 전자의 실체라고 생각했던 겁니다.
수뢰딩거는 나중에도 확률의 개념을 거부했던 것 같습니다.
물질파의 개념은 철저하게 전자가 파동으로서 행동한다고 본 개념입니다.
즉, 파동함수는 전자의 실체라고 본거죠.
그러고 이후에 사람들이 여러 현상들을 발견하면서, 물질파라는 단어는 점차 책에서 사라져 갔습니다.
지금의 교재에는 언급하는 책이 없거나, 있어도 첫 장에서만 소개되고 나머지 부분에서는 그냥 파동함수라고 합니다.
댓글
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작성자칸첸중가 작성시간 04.10.28 알고있는데요...복사의 실체가 광자의 모습인가요??전자기파동의 모습인가요???어떻게 단일광자를 방출할수 있다는것인지....그렇다면 그 단일광자는 파동으로 나타낼경우 뭐가 되는거죠??? 답변좀 주세요.........
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작성자antivirs 작성자 본인 여부 작성자 작성시간 04.10.28 논쟁이 붙은 이유가 그것인데요... 일단 광자는 입자이고 전자기파의 파동 모습이 되려면, 하나의 입자로는 안되며, 무수하게 많은 광자들이 있으면, 파동현상이 뚜렷해집니다. 참고로 전자기파는 출렁이는 물체는 아니고 전기장과 자기장의 세기의 변화가 전파되는 현상을 말합니다.
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작성자antivirs 작성자 본인 여부 작성자 작성시간 04.10.28 광자를 발생시키는 방법은 여러가지가 있는데 젤 쉽게 만들 수 있는 방법은 발광다이오드입니다. 발광다이오드에 아주 미약한 전압을 걸어주면, 초당 몇 개 정도 발생하는 상태가 됩니다.
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작성자칸첸중가 작성시간 04.10.28 아~~그래서 다이오드가 중요한거군요...다이오드에서 단일광자가 나온단 말씀이신가요?? 그럼 그 단일광자에선 전자기파의 형태를 볼순 없겠군요...맞나요?
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작성자antivirs 작성자 본인 여부 작성자 작성시간 04.10.28 전자기파의 현상은 전혀 관찰 할 수 없습니다. 전자기파 현상을 관찰하려면, 확률이론에 따라 확률함수를 재현하기 위해서 표본집단의 개체수를 늘려야 하듯, 광자들을 엄청난 수를 동원해야 나타납니다.