생각하는 공대생

안녕하세요 ~ 생각하는 공대생입니다. 오늘은 반물질에대하여 알아보겠습니다. 지구상에서 가장 비싼물질은 무엇일까요? 루비? 다이아몬드? 아닙니다 바로 반물질! (Antimatter)입니다. 반물질의 가격은 대략 1g당 7경 1180조원 !!!(반물질 1g을 제조하기 위해 필요한 모든 시설에 대한 건설비용, 가동비용 인력비 등을 포함한 액수) ? 지구상에서 가장비싼 보석인 다이아몬드조차1g에 약 6100만원으로 비교도 안되는 압도적인 가격입니다. 그럼 반물질 (Antimatter) 이란 무엇일까요? 일반적인 물질이 입자가 모여 만들어지듯이반물질은 반입자가 모여 만들어집니다. 모든 물질은 원자로 이루어져 있고원자는 입자(양성자·중성자·전자·쿼크 등)로 구성된다는 것은 다들 알고 계실겁니다. 마찬가지로 반물질은..

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..

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. 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..

일반화된 불확정성 원리 임의의 관측량 A에 대한 분산은 다음과 같다.{\displaystyle \sigma _{A}^{2}=\left\langle {({\hat {A}}-\left\langle A\right\rangle )\Psi |({\hat {A}}-\left\langle A\right\rangle )\Psi }\right\rangle }마찬가지로 관측량 B의 분산은 다음과 같다.{\displaystyle \sigma _{B}^{2}=\left\langle {({\hat {B}}-\left\langle B\right\rangle )\Psi |({\hat {B}}-\left\langle B\right\rangle )\Psi }\right\rangle }이에 대해 코시-슈바르츠 부등식을 적용하면 다음의 ..

드브로이는 아인슈타인의 광양자설(빛이 광자라는 입자로 양자화 되어있다는 가설)과 그의 특수상대성이론 그리고 양자역학에 대해 관심이 높았다. 특히 광양자설에 대해서 많은 고민을 하였는데 이때 빛이 파동이면서 입자라면 대칭성의 관점에서 입자도 파동이 될 수 있지 않을까 하는 착상을 하였다. 그리고 자신의 생각을 표현해줄 적당한 이론을 아인슈타인의 특수상대성이론과 플랑크의 양자가설에서 발견하게 되었다. 특수 상대성 이론의 식은 다음과 같다. E는 에너지, p는 운동량, c는 빛의 속도이며 m은 물체의 정지질량이다. pc 항이 없을 때의 E는 물체의 정지 에너지를 의미한다. 물질파에서는 운동량을 갖는 물질을 다루므로 정지질량이 있는 항을 무시한다. 따라서 진동수에 따른 양자역학적 에너지인 E=hv 와 동치이다...

안녕하세요! 생각하는 공대생입니다. 오늘은 물질의 이중성을 확인하게 된 실험! 전자 이중슬릿 실험에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 오랜만에 포스팅을하게 되네요 ^^ 이전 포스팅들에서 전자와 같이 매우 작은 입자는 물질과 파동의 성질을 동시에 갖는다는 것을 알게 되었습니다. 과학자들이 이와 같은 결론을 낸 이유는 실험적으로 전자가 물질의 특성과 파동의 특성을 모두 갖는다는 것이 밝혀졌기 때문인데요 오늘 알아볼 전자의 이중슬릿 실험은 전자의 파동성을 증명한 실험입니다. 그림과 같이 물체를 발사하는 기계가 있고 반대편의 스크린까지 가는 길에는 두개의 슬릿(slit)이 뚫려 있는 장치가 있습니다. 만약 야구공과 같은 일상적인 물체를 발사하면 어떻게 될까요? 당연히 막혀있는 부분에 야구공이 맞고 튕겨나가게 되고,..

안녕하세요 생각하는 공대생입니다. 이번 포스팅에서는 양자역학의 핵심인 수학 방정식 슈뢰딩거 방정식(Schrödinger equation)에 대하여 알아보도록 하겠습니다! 하이젠베르크가 불확정성 원리를 한창 연구하던 무렵! 양자세계를 다른 방식으로 기술하는 연구를 진행중인 인물이 있었으니 바로 에르빈 슈뢰딩거 (Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger) 고전역학에서는 뉴턴 운동방정식이 전자기학에서는 맥스웰 방정식이 그리고 양자역학에서는 슈뢰딩거 방정식이 있다고 해도 과언이 아닙니다 물리학 4대장 ㄷㄷ 슈뢰딩거는 전자를 파동으로 다루어 전자의 상태를 나타내는 파동함수를 구할 수 있는 방정식을 찾아내기로 했습니다. 그는 첫 번째 논문을 통해 슈뢰딩거 방정식을 풀어 얻어낸 파동함..