양자역학이란?

양자역학이란

양자역학은 분자, 원자, 전자, 소립자 등의 미세한 계 현상을 다루는 물리학의 한 분야입니다. 또한, 아원자 입자와 입자 집단을 다루는 현대 물리학의 기본 이론입니다. 현대 물리학의 근간이 되는 양자역학은 과학기술, 철학, 문학, 예술 등 컴퓨터의 주요 부분인 반도체의 원리를 설명하는 등의 여러 방면에서 큰 영향을 끼쳤으며, 20세기 과학사에서 필수적이고 중요한 이론으로 평가를 받고 있습니다.

19세기 중반까지의 실험은 뉴턴의 고전 역학에서 설명이 될 수 있습니다. 하지만 19세기 말에서 20세기 초에 일어난 전자, 양성자, 중성자 등의 아원자 입자를 실험한 결과는 고전역학에서 설명하려고 할 때 일관성이 없었고 이를 해결하기 위해 새로운 동역학계가 필요했습니다. 이 양자역학은 슈뢰딩거, 하이젠베르크, 디랙 등이 플랑크의 양자 가설을 인용하여 만든 완전히 20세기의 연구입니다.

양자역학에 따라 플랑크 상수를 0으로 취하면 양자역학은 고전역학으로 수령하지만 이에 대응하는 원리입니다.

 

양자역학은 기본적으로 불연속적인 물리량을 다루는 마이크로 월드를 탐구하는 학문입니다. 대조적으로 고전 역학은 주로 연속적인 물리량을 다루는 것이 세계에서 탐구되었습니다. 이해를 돕기 위해 간단한 비유를 하자면 멀리서 모래사장을 바라보면 거시적 세계에서 나타나는 물리적 현상을 보는 것입니다. 이 관찰은 모래사장의 표면이 연속적으로 나타나고 거시 세계에서 관찰되는 물리적 현상에서 물리량을 지속해서 관찰함으로써 예시됩니다, 모래사장 근처에서 모래사장에 접근함에 따라 모래사장을 관찰하면 관측 단위가 거시적에서 미시적으로 감소합니다. 모래사장 근처에서 모래사장을 관찰하는 것은 미시세계에서 물리량이 불연속적으로 관찰되는 것과 비슷하게 모래사장의 표면을 불연속적으로 관찰하게 됩니다. 이는 거시세계에서 어떤 물리량을 관측하면 미시세계의 관측 기준보다 물리량의 불연속성이 너무 미세하여 마치 연속적인 것처럼 보이지만 관측 단위가 거시세계보다 작은 미시세계에서 물체를 관측하면 불연속성이 됩니다. 

 

양자역학은 모든 역학, 전자기학(일반 상대성 이론 제외)을 포함하여 고전 이론을 일반화합니다. 양자역학은 고전 역학으로 묘사되지 않은 현상에 대한 정확한 설명을 제공합니다. 양자역학의 효과는 거시적으로 관찰하기 어렵지만 고체의 성질을 연구하는 과정에서 양자역학의 개념은 필수적입니다. 예를 들어, 데하스-파 날 펜 효과는 양자역학으로만 설명할 수 있습니다. 물론 원자나 그보다 작은 영역에서는 명백합니다.

 

양자역학이라는 용어는 독일의 물리학자 막스 보른이 처음 제시했습니다. 독일어 Quantenmechanik은 영어 단어 Quantum mechanics로, 일본에서는 Yon Siliki Baku로 번역이 되었습니다. 이것은 한국에 들어와 양자역학이라고 불리게 되었습니다. 양자역학이라는 단어를 이해하기 위해서는 양자와 동역학을 살펴볼 필요가 있는데 양자로 번역된 영어 퀀텀은 어떤 것이 떠다니는 양을 뜻하는 quantum meaning quantity에서 유래한 단어입니다. 역학은 말 그대로 역학이지만, 실제로는 힘의 대상이 어떤 운동을 할 것인가를 밝히는 물리학의 이론이라고 말할 수 있습니다. 양자역학은 양자역학이 어떻게 작용하는지를 밝히는 이론으로, 힘과 운동에 관한 이론입니다.