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물리학5

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.
세탁기 회전 속도와 원심력의 비밀 — 물리학이 숨겨진 일상의 기술 세탁기의 회전 속도와 원심력은 어떻게 빨래의 물기를 제거할까?일상 속 가전제품에 숨은 물리학 원리를 과학적으로 분석합니다.1️⃣ 회전 속도의 비밀 — 분당 1,200번의 회전이 만드는 힘세탁기의 마지막 단계인 탈수(spin cycle) 는 단순히 옷을 돌리는 과정처럼 보이지만, 실제로는 고속 회전에 따른 원심력 작용으로 물을 짜내는 정밀한 물리 현상입니다.일반적인 세탁기는 분당 1,000~1,400회(1,000~1,400 rpm) 로 회전하며, 이때 발생하는 힘은 상상 이상으로 강력합니다.원심력(Centrifugal force)은 물체가 원운동할 때 바깥쪽으로 ‘밀려나는 것처럼 느껴지는 힘’입니다.그 크기는 다음 식으로 표현됩니다.F = m × ω² × rF : 원심력 (N)m : 질량 (kg)ω : 각.. 2025. 11. 11.
고전역학과 양자역학의 차이: 미시세계와 거시세계를 연결하는 물리학 인류는 오랜 세월 자연 현상을 이해하려 노력해왔다. 뉴턴이 정립한 고전역학은 일상 세계의 물체 운동을 정밀하게 설명하며, 중력, 힘, 에너지 등 거시적 현상을 결정론적으로 예측할 수 있는 체계를 제공했다. 그러나 20세기 초, 원자와 전자 수준에서 일어나는 미시세계 현상은 고전역학으로 설명할 수 없는 불연속적, 확률적 특성을 지니고 있음이 드러났다. 이에 등장한 학문이 바로 **양자역학(Quantum Mechanics)**이다.이번 글에서는 고전역학과 양자역학의 근본적 차이, 수학적 표현, 실험적 증거와 현대 응용 사례를 개괄적으로 소개하며, 이후 시리즈에서 다룰 흑체복사, 광전효과, 원자 스펙트럼, 파동-입자 이중성으로 자연스럽게 이어질 수 있는 기초를 제공한다.1. 고전역학: 거시 세계의 결정론고전역.. 2025. 11. 11.
냄비 뚜껑이 덜덜 떨릴 때 일어나는 공기의 과학 — 압력과 공명의 원리 — 주방에서 만나는 압력파와 공명 현상의 과학끓는 냄비 위에서 덜덜 떨리는 뚜껑의 소리는주방의 소소한 일상이지만, 그 속에는 유체역학과 음향공학이 숨어 있다.이 단순한 진동은 사실 공기압 변화, 증기 팽창, 공명 주파수가 동시에 얽힌 작은 실험실이다.1️⃣ 물이 끓을 때 생기는 압력 변화의 시작물이 끓기 시작하면, 액체 내부의 분자들이 **증기(vapor)**로 변하면서 부피가 급격히 팽창한다.이때 냄비 안의 기압은 외부 대기압보다 순간적으로 높아진다.뚜껑은 그 압력의 변화를 그대로 받게 된다.예를 들어, 냄비 내부의 압력이 101.5 kPa(킬로파스칼)까지 올라가면외부 대기압 101.3 kPa과의 차이인 0.2 kPa만으로도얇은 금속 뚜껑은 미세하게 들렸다가 다시 내려앉는다.이 미세한 들림과 하강이 초.. 2025. 11. 11.

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