양자역학14 슈뢰딩거의 고양이: 양자역학의 철학적 실험 “상자 안의 고양이는 살아 있을까, 죽어 있을까?”이 질문은 단순한 상상이 아니라, 양자역학의 본질을 찌르는 사고 실험입니다.1935년, 오스트리아의 물리학자 **에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)**는양자역학의 해석이 지닌 모순을 드러내기 위해 이 유명한 예시를 제시했습니다.1️⃣ 사고 실험의 설정슈뢰딩거는 이렇게 상상했습니다.“밀폐된 상자 안에 한 마리의 고양이를 넣고,한 개의 방사성 원자, 방사선 검출기, 독가스 장치가 함께 들어 있다.”원자가 **1시간 안에 붕괴될 확률은 50%**입니다.만약 붕괴되면 검출기가 작동하여 독가스가 방출, 고양이는 죽습니다.붕괴되지 않으면 고양이는 살아 있습니다.하지만 문제는 여기에 있습니다.양자역학에 따르면, 원자는 관측되기 전까지 ‘붕괴한 상태’와 .. 2025. 11. 16. 파동함수의 붕괴와 관측의 문제 — 양자세계의 불확실한 현실 1. 관측 이전의 세계: ‘가능성’으로 존재하는 입자양자역학은 물질을 파동함수(Ψ) 로 기술한다.이 함수는 입자가 특정 위치나 에너지 상태에 있을 확률의 분포를 나타낸다.즉, 전자는 하나의 고정된 점이 아니라, 존재할 수 있는 모든 가능성의 중첩(superposition) 으로 표현된다.예를 들어, 전자가 두 개의 슬릿을 통과하는 실험에서그 입자는 ‘어느 한쪽’을 지나는 것이 아니라두 슬릿을 동시에 통과한 파동으로 존재한다.그러나 우리가 그 위치를 관측하는 순간,파동함수는 특정 위치로 ‘붕괴(collapse)’ 한다.이 현상이 바로 양자역학에서 가장 근본적인 수수께끼로 꼽힌다.2. 붕괴란 무엇인가: 수학과 물리의 경계파동함수의 붕괴는 수학적으로는 다음과 같이 표현된다.Ψ→Ψi\Psi \to \Psi_iΨ.. 2025. 11. 15. 🧠 양자 얽힘: 시공간을 초월한 연결의 비밀 양자역학은 우리가 알고 있는 세상의 상식을 뒤흔든다. 그중에서도 **‘양자 얽힘(Quantum Entanglement)’**은 과학자들에게조차 여전히 가장 신비로운 현상 중 하나로 남아 있다. 얽힘은 두 입자가 서로 멀리 떨어져 있어도, 한쪽의 상태가 다른 쪽의 상태와 즉시 연결되는 현상을 말한다. 아인슈타인은 이를 “유령 같은 원격작용(spooky action at a distance)”이라 표현하며 받아들이기를 주저했다. 그러나 오늘날 실험은 그 현상이 실제로 존재함을 명확히 보여준다.🌌 얽힘의 기본 개념양자 얽힘을 이해하려면 먼저 **양자 상태(quantum state)**라는 개념을 살펴봐야 한다.양자역학에서 입자는 고전적인 점 입자가 아니라, **확률파동(probability wave)**로 .. 2025. 11. 15. 파동-입자 이중성: 빛과 전자의 두 얼굴 양자역학에서 가장 근본적이면서도 직관과 충돌하는 개념 중 하나가 **파동-입자 이중성(Wave-Particle Duality)**입니다. 고전 물리학에서는 입자와 파동을 완전히 구분했지만, 양자 세계에서는 빛과 전자가 상황에 따라 파동처럼 행동하기도 하고 입자처럼 행동하기도 합니다. 이 현상은 양자역학의 근본 원리를 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다.1. 입자와 파동의 전통적 구분입자(Particle): 위치와 속도를 정확히 정의할 수 있는 물질 단위고전역학: 뉴턴 법칙으로 운동 기술 가능파동(Wave): 공간과 시간을 따라 에너지가 연속적으로 전달고전 전자기학: 맥스웰 방정식으로 기술19세기까지 빛은 전자기파(맥스웰 방정식)로, 전자는 입자로 이해되었습니다. 하지만 광전효과, 흑체복사, 전자 회절 실험은 이.. 2025. 11. 15. 원자 스펙트럼: 전자의 에너지 준위와 빛의 비밀 원자 스펙트럼(Atomic Spectrum)은 원자가 방출하거나 흡수하는 빛의 파장 분포를 의미합니다. 19세기 후반, 원자 스펙트럼을 관찰하면서 과학자들은 원자 내부에 에너지 준위가 불연속적(양자화)으로 존재한다는 사실을 발견했습니다. 이는 고전 물리학으로는 설명할 수 없는 현상이었으며, 양자역학 발전의 중요한 실마리가 되었습니다.1. 원자 스펙트럼의 종류원자 스펙트럼은 크게 연속 스펙트럼, 선 스펙트럼, 밴드 스펙트럼으로 나뉩니다.연속 스펙트럼(Continuous Spectrum)고체, 액체, 밀집 기체가 방출모든 파장에서 에너지가 연속적으로 존재선 스펙트럼(Line Spectrum)희박 기체 원자에서 관찰특정 파장에서만 빛을 방출 → 불연속적수소 원자에서 나타나는 발머계열이 대표적밴드 스펙트럼(Ba.. 2025. 11. 14. 광전효과: 빛이 전자를 튕겨내는 양자 현상 빛은 고전물리학에서 단순한 파동으로 이해되어 왔습니다. 전자기파로서 전기장과 자기장의 진동으로 설명되며, 진폭이 클수록 에너지가 강하다고 보았습니다. 하지만 1887년 하인리히 헤르츠가 빛을 이용해 전자를 튕겨내는 현상을 관찰하면서, 고전 이론만으로는 설명할 수 없는 새로운 문제가 등장했습니다. 이를 체계적으로 설명한 것이 바로 알베르트 아인슈타인(1905)의 광전효과 이론입니다. 이 발견은 빛이 입자적 성질, 즉 **광자(Photon)**를 가진다는 개념을 확립하게 했습니다.1. 광전효과란?광전효과(Photoelectric Effect)는 금속 표면에 빛을 비추면 전자가 금속 밖으로 방출되는 현상을 말합니다. 실험에서 관찰된 특징은 다음과 같습니다.빛의 세기 증가만으로는 전자 방출 에너지가 증가하지 않.. 2025. 11. 14. 이전 1 2 3 다음
