4. 양자(에너지)란?
Sizz-J
·2021. 1. 19. 17:50
양자란? 더이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위로, 상호작용과 관련된 모든 물리적 독립체의 최소단위이다.
하지만 이렇게 봐서는 이해할 수 가 없군요.. 좀 더 알아보도록 합시다!
리처드 파인만이 말했습니다.
"내 물리학 수업 학생들은 양자 역학을 이해하지 못한다. 왜냐하면 내가 이해하지 못했기 때문이다."
닐스 보어가 말했습니다.
"양자를 생각할 때 머리가 어지럽지 않으면 양자를 이해하지 못한 것 이다."
그만큼 뛰어난 물리학자들 조차 양자를 이해하지 못했습니다.
그런데, 어찌 제가 감히 양자라는 주제의 글을 깊게 다룰 수 있겠습니까?
그렇기 때문에 이 글에서는 저같은 일반인 분들이 이해할 수 있는 정도로만 글을 작성하려 합니다.
우선, 양자를 조금이라도 감을 잡기 위해서는 '중력'에 대해서 알아야합니다.
인간이 '중력'이란 개념에 처음 접하게 된 것은 '아이작 뉴턴'의 관찰이였습니다.
그는 뒷동산 사과나무에 앉아 책을 읽고있었다고 합니다. 그런데, 마침 그의 앞에 사과가 떨어졌죠.
보통 일반인들은 미동도 않거나 "어? 사과가 떨어졌네 ㅎㅎ" 이정도에서 머물 것 입니다.
하지만, 이녀석의 마인드는 남들과 남달랐습니다.
"어? 사과가 왜 떨어졌지? 아~ 빼박 중력 때문이네~" 이러면서요.
근데, 이자식이 증명해내지는 못했습니다. 그 때 당시 기술력이나 정보가 충분하지 않았던 것 이겠죠.
하지만!
아이작군에 가설은 많은 이들의 관심을 받기에는 충분했습니다. 이 가설의 내용에서는 중력에 관해서 다루었고
- 지구를 기준으로 -
중력 = 만유인력
만유인력: 지구의 중심에서 질량(무게)이 있는 모든 물체를 끌어당기는 힘.
이라고 정의하였습니다. 이 떄 바로, 만류인력의 법칙이 생긴 것 이죠.
이후, 시간이 흘러 '알버트 아인슈타인'이 말도 안되는 법칙이라며 본인이 직접 나서게 되는데요.
"어디 그딴 법칙을! 안되겠다; 내가 참교육 해야지."라며, 나서게 됩니다. 그런데, 빛의 운동을 연구해서 그런지
'물체가 움직일 때는 공간 뿐 아니라 시간도 영향을 주지 않을까?' 라고 생각하며 시공간이라는 개념을 도입하게 됩니다.
이 때, 시공간은 길이, 높이, 넓이, 시간을 포함한 4차원의 시공간으로 나뉘는데요.
물체는 이 시공간에서 움직인다고 하고싶어했습니다.
"중력은 서로 끌어당기는 힘이 있는 게 아니라!
중력은 물체의 질량(무게) 때문에 시공간이 구부러지면서 생기는거야!"
라고, 말하면서 말이죠.
여기서, 시공간은 보이지 않는 가상의 공간속에 말 그대로
길이, 높이, 넓이, 시간을 포함한 4차원이라고 생각하면 됩니다.
저 이론대로라면, 우리가 서있는 공간 모두 시공간이 존재하는 것 입니다.
여튼, 시공간에 무게로 인한 힘이 가해지면서 / 주위에는 가해지면서 들어간 시공간의 잔해가 / 주위를 감싸는 것이죠.
(바닷가의 모래사장에서 한 부분을 계속 파다보면 남은 모래가 그 주위를 감싼 것을 상상해보세요!)
이런 일련의 과정으로 시공간(사과)도 떨어지면서 사과보다 가벼운 시공간(기체)을 뚫고 사과보다 무거운 시공간(땅)에
정착하게 된다는 것.. 새로운 중력 이론! 이것이 바로, 일반 상대성 이론 입니다.
또 시간이 흐르고 흘러... 문명의 발전과 동시에 물리학자들의 클라스는 점점 뛰어나지는데요.
그러면서, 그들은 생각하기 시작합니다.
"그럼, 세상을 이루고 있는 것은 무엇일까?"
그러자, 이분이 등장합니다. 이분의 이름은 바로, '존 돌턴'.
그가 말하길 "물질은 더이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 단위인 원자로 이루어져 있다." 고 말했습니다.
여차저자! 이 존씨가 말한 것을 토대로 물리학자들은 원자연구를 본격적으로 시작합니다.
헌데, 여기서 원자란? 무엇일까요? 무엇이 그들을 움직이게 한 것일까요?
두둥..! 연구결과..!
원자는 우리가 흔히 접하고 있는 원소들로 이루어져 있다는 것을 알게됩니다!
( 예를 들면, 드라이아이스(물질)의 작은 입자는 -> 원자를 이루는 요소는? -> 원소가 뭐야? -> 이산화탄소(Co2) )
즉, 세상은 이런식으로 물질과 원자와 원소가 이루고 있구나! 궁금증이 해결되는 순간이였죠.
헌데, 더 중요한 사실... 을 알게됩니다. 더 작은 미립자가 존재하더군요?
하지만, 이 글에서 우리는 양자에 대해서 알아가는 중 이였죠..? 그렇다면 다 알 필요는 없습니다.
원자에 대해서 더 알아보도록 하죠.
더 알아보기 위해서는 전기와 관련된 개념들을 모두 이해하고 오셔야합니다. 이 글을 참조해보도록 하세요!
develop-studying.tistory.com/42
전기란 무엇인가?
전기(Electricity)란 전하의 존재 및 흐름과 관련된 물리현상들의 총체이다. 전기는 번개, 정전기, 전자기 유도, 전류 등 일상적인 효과들의 원인이다. 또한 전기는 전파 따위의 전자기 복사를
develop-studying.tistory.com
이어서 정리하도록 하겠습니다.
원자는 양전하가 한 점에 모여 하나의 핵을 구성하며 그 양전하에 해당하는 숫자만큼 전자가 궤도를 돌고 있습니다.
리더퍼드의 원자모형 이미지를 보니까 원자가 어떤 것 인지 감이 오지않나요~?
보시다시피 원자핵 주변을 전자가 공전을 하고 있습니다. 그런데 이 분들의 호기심은 여기서 끝나지 않았습니다..
이것만으로는 설명이 부족했던 것 이지요.. 그래서 빛의 본질은 무엇일까? 로 시작하여.. 기타 등등
"그럼, 원자보다 작은 입자가 있을까?"
"원자 속에 있는 전자나 광자는 어떻게 움직이는거지?"
그렇게 또 다시 관찰을 통하여 원자를 구성하는 전자, 광자 등의 움직임을 실험을 통해 밝혀낸 것이
바로, '양자이론' 입니다.
맨 처음 막스 플랭크가 가설을 하나 세웠습니다.
"전하는 야구연습장의 피칭머신에서 나오는 야구공처럼 덩어리로 방출될꺼야!"
플랑크는 이 덩어리를 '양자'라고 불렀고 이를 'Quarta'라고 정의했습니다. 이렇게 첫번째, 양자이론이 탄생했죠.
그 가설에 힘을 보태준 것은 '아인슈타인'이였습니다.
"빛은 광자가 모여 만들어지는 것" 이라고 말하고 입증해내며 노벨상까지 받게됩니다.
하지만, 이 이론은 영 맘에 들지 않아했습니다. 부족했거든요.
여튼, 너무 내용이 길어졌네요....
결론은 원자보다 작은 전자나 광자를 양자라고도 할 수 있다는 것..! 입니다.
혹은 눈에 보이지 않는 관찰되지 않을 만큼 작고.. 작고... 작은...! 미립자들 말이죠.
이러한 미립자들을 아원자 세계라고도 합니다. 이러한 미립자들은 생성과 파괴를 반복하면서
세상을 이루는 물질을 이루게 되는 것.
그것이 바로 '양자' 입니다.
덤으로 그 양자의 움직임을 파악하는 것을 '양자 역학' 이라고 할 수 있습니다.
