양자역학 개론, 흑체 복사

뜨거운 금속의 가공물. 노란 오렌지색의 빛은 높은 온도로 인해 방출되는 열복사의 가시광선 영역.

 

양자역학 개론

양자역학은 매우 작은, 특히 과학적으로는 약자적인 것들로 원자와 기본 입자의 규모에서 물질과 에너지의 행동 사이의 상호작용을 설명합니다. 대조적으로 고전 물리학은 인간의 경험을 통해 잘 알려진 규모와 달과 같은 천체의 움직임만을 설명합니다. 고전 물리학은 여전히 현대 과학 기술에서 사용됩니다. 그러나 19세기 말에 과학자들은 거시적이고 작은 세계에서 고전물리학으로 설명할 수 없는 현상들을 발견했습니다. 관찰된 현상과 고전 이론 사이의 불일치를 해결하려는 욕구는 상대성 이론과 양자역학의 발전에서 물리학의 주요 변화를 일으켰으며 기존의 과학적 사고를 변화시켰습니다. 이 논문은 물리학자들이 20세기 초반에 고전 물리학의 한계를 발견하고 고전 물리학을 대체할 양자역학의 주요 개념을 개발한 방법을 설명합니다. 이러한 업적의 완벽한 역사는 양자역학의 역사적 문서에 있습니다.

빛은 입자와 같은 의미로 이루어지며 다른 의미에서는 파동처럼 작용합니다. 물질은 파동과 같은 향동을 보입니다. 네온사인과 같은 일부 소스는 특정 주파수에서만 빛을 방출합니다. 양자역학은 이러한 빛이 전자기 복사이지만 독립적인 단위인 광자이며 그 빛의 에너지, 색상 및 스펙트럼의 강도를 예측합니다. 하나의 광자는 부분광자가 관찰되지 않았기 때문에 전자기장에서 관찰 가능한 최소 양의 양자입니다. 더욱이 큰 고전역학에서는 연속적으로 나타나는 각 운동량과 같은 물리량이 적고 확대된 규모의 양자역학에서 양자화되었다는 것이 명백해졌습니다. 각 운동량은 허용되는 값 중 하나만 따로 가질 수 있으며 값 사이의 간격은 매우 작아서 원자 수준에 있을 수 있으며 결국 불연속성이 표현됩니다.

양자역학 대부분은 직관적이기보다는 역설적인 것처럼 보일 수 있습니다. 왜냐하면 양자 역학은 가시적인 규모와 다른 현상을 설명해야 하기 때문입니다. 양자물리학자인 Richard Feynman의 말에 따르면 양자역학은 자연을 우스꽝스럽게 취급합니다. 양자역학의 불확정성 원리는 측정도구가 입자의 위치에 가까울수록 같은 입자의 다른 관련 측정이 덜 정확하다는 것을 의미합니다.

 

 

막스 플랑크와 흑체 복사

열복사는 물페의 내부 에너지에 의해 물체의 표면에서 방출되는 전자기 복사이며 물체가 충분히 가열되면 열상태그 된 물체는 스펙트럼의 적색광을 방출합니다. 추가 열을 가하면 방출되는 빛의 색은 적색에서 황색, 흰색 및 청색의 파장이 짧아지는 순서에 따라 달라집니다. 온도에 따라 완전히 빛을 방출하는 물질은 빛을 완전히 흡수하는 물질입니다. 예를 들어 물질에 닿는 모든 빛이 흡수되고 빛이 방출되지 않기 때문에 물질이 차가울 때 아주 검은색으로 보입니다. 이러한 온도에 따라 이상적으로 빛을 내는 물질을 흑체라고 하며 방사선을 흑제 복사라고 합니다.

19세기 후반에 열방사는 매우 실험적이었습니다. 그러나 레일리는 고전 물리학에서 유도되었는데 진수법칙은 저주파의 결과에 대한 실험에는 적합했지만 고주파의 결과에서는 전혀 적합하지 않았습니다. 물리학자들은 모든 실험 결과를 설명하는 하나의 이론을 찾기 시작했습니다.