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2018-1 과학사 과제-미시 세계에서, 물질을 구성하는 입자나 빛 등의 움직임을 규명한 양자혁명

*근*
최초 등록일
2019.04.17
최종 저작일
2018.07
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목차

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본문내용

양자혁명은 인간이 자연을 해석하는데 있어 3가지 변화를 가져왔다. 첫 번째, 고전 물리학적 사고방식인 기계론에 입각한 결정론적 세계관을 무너트렸다. 두 번째, 자연을 해석하는 기준이 합리주의에서 상대주의로 이행되었다. 세 번째, 인간의 지적능력과 상관없이 자연을 관찰하는데 한계점을 드러났다.

19세기 말 뉴턴과 맥스웰에 의해 완성된 고전물리학은 흑체복사, 광전효과, 원자의 구조, 빛의 스펙트럼, 매질 등에서 문제점이 제기되었다.
막스 플랑크는 원자론의 통계역학적 모형을 배제하고 흑체가 열적 평형에 도달할 때 방출되는 복사에너지를 열역학 제 2법칙을 설명하고자 하였다. 하지만 고전물리학으로는 방출되는 빛의 스펙트럼은중 파장이 짧은 쪽은 이론적인 모델이 맞지 않았다. 그래서 그는 흑체복사를 물체 속에서 진동하는 진동자와 전자기장 사이의 상호작용으로 가정하였다. 그 결과 볼츠만이 통계적 방법으로 얻은 ‘엔트로피와 불연속적인 에너지의 관계’와 동일한 결론을 얻었다. 그는 에너지에는 더 이상 나눌 수 없는 양이 있다는 양자가설을 세웠다.
20세기 초 원자의 내적구조에 대해 보어는 러더포드의 원자모형을 수정하여 수소원자 모델을 내놓았다.

러더포드의 원자모형은 원자핵과 운동하는 전자로 구성된 계로 결코 안정성을 지닐 수 없다는 문제점을 가지고 있었다. 보어는 안정 상태에 있는 계의 동역학적 평형은 고전물리학을 사용하였다. 그러나 계가 상이한 안정 상태들 사이를 오고 가는 것은 이와 다르게 취급해야 하며 다른 안정 상태들 간의 전이는 플랑크의 복사이론에 따라 형성된다고 가정하였다. 이것은 고전물리학으로 설명할 수 없었던 수소 원자의 스펙트럼선이 몇 개의 특정 진동수에만 나타난다는 점을 해결해주었다. 즉 고정된 전자궤도가 정수로 에너지가 결정되어 수소원자는 특정 진동수의 에너지만을 흡수하거나 방출한다.
고전물리학에서 빛의 에너지는 진폭에 비례하기에 빛의 광도를 증가시키면 튀어나오는 전자의 에너지도 커져야하지만 광전효과는 그렇지 않았다.

참고 자료

만지트쿠마르, 「양자혁명」, 이덕환 역, 2014.
Jim Baggott, 「The Quantum story」, 박병철 역, 2014.
David Lindley, 「Uncertainty」, 박배식 역, 2007.
고민석, 「양자역학에서의 대응원리」, 2003.
이승진, 「20세기 물리학 패러다임의 전환과 문학의 변화」, 2012.
황근창, 「고전 역학과 양자 역학의 상관성에 대한 연구」, 2014.
진성배, 「양자역학으로 본 평화의 의미」, 2016.
임진아, 「화이트헤드의 주체적 지향과 양자역학의 세계관」, 2013.
김성환, 「양자 역학에 대한 아인슈타인과 보어의 논쟁」, 2010.
김유신, 「양자물리학자이며 철학자 닐스보어」, 2012.
곽영직, 「이론물리 연구소와 코펜하겐 해석」, http://www.nobel.or.kr.

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