생각하는 공대생

안녕하세요 ~ 생각하는 공대생입니다. 오늘은 EPR 역설에 대해 알아보겠습니다. EPR 역설(EPR paradox)이란 아인슈타인을 중심으로한 학자들이 제안한 사고실험입니다!! 아인슈타인은 코펜하겐 해석의 '관측에 의해 물리량이 바뀐다'라는 것을 못마땅해 했습니다. 그래서 관측을하지 않고도(교란 없이) 물리량을 알아 낼 수 있는 방법을 제안한 것입니다. 좀 전문적으로 말하자면 '물리량은 실재한다' (실재성)라는 뜻이죠. 예를 들어볼까요? 박스에 빨간공과 파란공이 들어있습니다. 다음에 공의 위치를 모르게 상자를 밀봉합니다. 그 후 관측하는 사람의 눈을 가리고 아무 공이나 꺼내게 합니다.공을 꺼낸 후 눈을 계속 가린채로상자를 다시 닫습니다. 그런다음 눈을 뜨고 가져온 공의 색깔을 확인합니다.그럼 상자안의 공..

표면(Surface)와 내부(Bulk)의 차이 어떤 물질의 표면(surface) 성질을 분석하는 것은 매우 중요하다. 표면(surface)이란 물질을 구성하는 원자들이 이루는 특정한 면에 대해 평행하게 자른 원자층을 의미한다. (top few atomic layer) 같은 물질이라도 surface과 bulk의 성질은 상당히 다른 경우가 꽤 있다. 이는 고체 내부(bulk)의 원자는 사방으로 bonding이 이루어져 있는 반면, surface에 존재하는 원자들은 non-paired electron인 dangling bond가 존재하기 때문이다. Dangling bond란 surface에 존재하는 결합하지 않은 extra electron이며 immobilized free electron이라고도 한다. 그림의..

안녕하세요 생각하는 공대생입니다. 오늘은 이미 소개드린 코펜하겐해석, 결잃음 해석 그리고 다세계해석 이외에 다른 해석들을 마저 알아보도록 하겠습니다!! 1. 앙상블 해석(ensemble interpretation) 막스 보른이 파동함수의 의미는 통계적인 관점에서 봐야 한다고 주장한 데에서 유래한 이론입니다. 슈뢰딩거의 고양이를 예로 들면 한 마리가 살았는지 죽었는지 중첩여부를 생각하지 말고 실험을 여러번 해서 살아있는 고양이는 몇마리인지, 죽은 고양이는 몇마리인지를 분석하자는 것입니다. 이중슬릿 실험에서는 전자가 동시에 두 슬릿을 통과한게 아니라 여러번 실험을 해서 몇개의 전자는 왼쪽슬릿을, 몇개의 전자는 오른쪽슬릿을 통과하는지 보자는 것이죠. 말 그대로 통계적인 해석입니다. 그러나 앙상블 해석은 양자 ..

안녕하세요!! 생각하는 공대생입니다. 오늘은 ~ 양자역학의 다양한 해석들중 다세계 해석에 대해 알아보겠습니다!! 다세계 해석 양자역학의 해석 중의 하나. 과거에는 코펜하겐 해석이 절대적 다수였으나, 최근에는 물리학자 중 다세계 해석의 지지자들이 늘어나서 상당한 수준의 지지자를 가진 해석입니다. 코펜하겐 해석에 따라 슈뢰딩거의 고양이에서 산 고양이와 죽은 고양이가 공존하는 상태는 고양이의 생사를 확인하는 순간 붕괴되어 살거나 죽은 고양이의 우주만 남고 다른 가능성은 없다는 것이 주류였는데요. 그런데, 그렇다면 이 우주는 어떤 기준으로 산 고양이의 우주와 죽은 고양이의 우주를 결정할까요?? 즉, '우주는 어떤 기준으로 세계를 선택하는가?'라는 질문이 제기되기 시작하면서 다시금 주목받기 시작한 이론입니다. 코..

안녕하세요 생각하는 공대생입니다. 오늘 그 유명한 슈뢰딩거의 고양이(Schrödinger's cat)에 대해서 알아보도록 하겠습니다!! "죽은 것과 동시에 살아있는 고양이!" 슈뢰딩거의 고양이란 코펜하겐 해석을 비판하기 위해 슈뢰딩거가 제안한 사고실험(thought experiment)입니다. 실제로 실험한게 아니라 이론에 기반하여 생각만으로 한 실험이죠. 슈뢰딩거는 양자역학의 확률적 해석을 굉장히 싫어했습니다. 코펜하겐 해석이 틀렸다고 생각한것이죠. 그래서 고양이가 죽은 동시에 살아있는게 말이 돼? 너네가 맞는거라면 이 상황을 설명해봐!!라는 뉘앙스로 제안한 것입니다. 그러나 그 비유가 일반인도 이해하기 쉬워 오히려 양자역학을 대표하는 예시로 알려지게 된 것입니다. ㅋㅋㅋㅋ (불확정성 식 모양이 고양이..

안녕하세요 생각하는 공대생입니다. 양자역학의 체계는 현상의 예측과 적용에 성공적이었음에도 불구하고 양자역학을 해석하는 측면에는 직관적이지 않은 면이 있어서 뛰어난 물리학자들도 쉽게 받아들이기 힘들어 했습니다. 당대 천재들이자 양자역학의 발전에 크게 기여한 아인슈타인, 슈뢰딩거등 조차도 양자역학에 회의적이였으니 말이죠. "양자역학을 이해한다고 생각했다면, 그건 양자역학을 이해한 것이 아니다" 결국 실험결과와 이를 토대로 물리학자들이 구축한 수학적 결과물들을 설명하기 위해 양자역학에 대한 다양한 해석이 등장하게 되었는데요!! 이러한 해석들 중 코펜하겐 해석은 보어, 하이젠베르크 등을 중심으로 한 해석이며 물리학자들 대다수의 지지를 받았던 해석입니다. 사실 제가 이전 포스팅들에서 한 설명들은 거의 코펜하겐 해..

안녕하세요 !! 생각하는 공대생 입니다. 이번 포스트에서는 현대 물리학과 공학에서 매우 중요한 현상인 터널링 효과(Tunneling effect)를 알아보려고 합니다!! go go~ 터널링 효과란 미시세계의 입자가 갖는 파동의 성질인데요!! 우리가 사는 거시세계에서는 물질의 운동량이 매우 크므로 파동의 성질이 잘 나타나지 않습니다. 예를 들어 자동차는 벽을 통과해서 반대편으로 가는것이 불가능하죠 즉, 고전역학의 세계에서는 자신이 갖는 에너지보다 높은 에너지 장벽을 넘는게 불가능합니다. 그러나 역시 눈치 채셨겠지만~ 전자와 같이 양자역학의 지배를 받는 미시세계에서는 이것이 가능합니다!! 입자가 벽을 넘어 마치 공간이동을 하는것처럼 말입니다. 매우 작은 입자는 파동의 성질을 갖기 때문에 위의 그림처럼 에너지..

1. 정의 AFM은 Atomic Force Microscope의 약자로써 탐침(probe)을 통해 스캔한다는 의미의 SPM(Scanning Probe Microscope)의 일종이다. Probe와 시료사이의 간격이나 상호작용에 의하여 달라지는 반데르발스 힘(Van Der Waals Force)에 의하여 probe가 움직이게 된다. 절연된 미세한 탐침을 절연 시료 표면에 원자 단위의 미세한 크기까지 근접시키면 양자의 원자간에 힘이 작용하게 되고 원자간의 힘을 측정하는 방식으로 표면의 원자 구조와 형태를 측정하는 현미경이다. STM이나 SEM과는 다르게 전자의 이동과는 무관하며 따라서 시료표면에 금속을 증착시키는 일을 하지 않아도 되며 진공장치가 필요 없다. 광학현미경과 전자현미경의 뒤를 잇는 제3세대 현미..

기본식 (The Fundamental equation) 열역학 제1법칙과 제2법칙은 물질의 성질을 표현하는 열역학의 기본 법칙들 중 하나이다. 이 두 법칙을 결합하여 하나의 식을 만들어 보자. 열역학 제1법칙은 식으로 로 표현 할 수 있다. 닫힌계에서 비팽창 일이 포함되지 않은 가역적 변화가 일어날 때 dw와 dq는 다음과 같이 각각 쓸 수 있다. (w = 일, q = 열, p = 압력, T = 온도, V = 부피, S = 엔트로피)(rev는 reversible로 가역적 변화) 이를 에 다시 대입을 해주면 아래와 같이 식을 다시 쓸 수 있다. 이 식을 기본식(Fundamental equation)이라고 한다. 이 식에서 dU는 완전 미분인데, 이것은 다시말해서 dU는 상태함수이므로 변화가 가역적이든 비가..

영구기관의 개요와 정의 Perpetual motion machine. 영구기관이란 외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급 받지 않고도 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는 가상의 기관을 말한다. 이를 제1종 영구 기관이라고 분류하기도 한다. 확장된 개념으로 열원에서 공급한 열을 100% 역학적인 일로 바꿀 수 있는 제2종 영구 기관도 있다. 각각은 열역학 제1법칙(에너지 보존의 법칙), 열역학 제2법칙(엔트로피의 법칙)에 위배되므로 실제로는 존재하지 않는다. 이외에도 외부에 일을 하지 않으면서 운동을 계속 하는 기관을 제3종 영구 기관이라고도 하는데, 제3종 영구기관의 경우 물리 법칙에 위배되지는 않는다. 제 1종 영구기관 외부로부터 에너지 혹은 에너지원을 공급받지 않고 외부에 대하여 영원히 일을 계속하는..