어벤져스 앤트맨의 시간여행 - 양자역학

양자역학은 분자, 원자, 전자, 소립자와 미시적인 계의 현상을 다루는 즉, 작은 크기를 갖는 계의 현상을 연구하는 물리학의 분야이다.'

출처-https://blog.naver.com/swhy7/220446397234

앤트맨을 봤으면 알다시피 작은 소립자 그 이하로도 작아지는 모습을 보면 양자역학을 떠올리게 한다.

아무리 기이하고 터무니없는 사건이라 해도, 발생 확률이 0이 아닌 이상 반드시 일어난다'는 물리학적 아이디어에 기초한다. 현대 물리학의 기초인 양자역학은 컴퓨터의 주요 부품인 반도체의 원리를 설명해 주는 등 과학기술, 철학, 문학, 예술 등 다방면에 중요한 영향을 미쳐 20세기 과학사에서 빼놓을 수 없는 중요한 이론으로 평가된다.

난 이 양자역학이라는 이론을 어벤져스의 시간여행 모습을 보면서 굉장히 흥미롭게 받아들여졌다.

19세기 중반까지의 실험은 뉴턴의 고전역학으로 설명할 수 있었다. 그러나, 19세기 후반부터 20세기 초반까지 이루어진 전자, 양성자, 중성자 등의 아원자 입자와 관련된 실험들의 결과는 고전역학으로 설명을 시도할 경우 모순이 발생하여 이를 해결하기 위한 새로운 역학 체계가 필요하게 되었다. 이 양자역학은 플랑크의 양자 가설을 계기로 하여 슈뢰딩거, 하이젠베르크, 디랙 등에 의해 만들어진 전적으로 20세기에 이루어진 학문이다. 양자역학에서 플랑크 상수를 0으로 극한을 취하면 양자역학이 고전역학으로 수렴하는데, 이를 대응 원리라 한다.

양자역학은 모든 역학, 전자기학(일반 상대성 이론은 제외)을 포함하는 고전 이론을 일반화한다. 양자역학은 고전역학으로 설명되지 않는 현상에 대한 정확한 설명을 제공한다. 양자역학의 효과는 거시적으로는 관측이 어렵지만고체의 성질을 연구하는 과정에서 양자역학 개념이 필수적이다. 예를 들어 드하스-판알펜 효과는 양자역학을 통해서만 설명이 가능하다. 물론, 원자 또는 그보다 작은 영역에서는 분명해진다.

양자역학이라는 용어는 독일의 물리학자 막스 보른이 처음 제시했다. 독일어 'Quantenmechanik'이 영어 'Quantum mechanics'로 번역되었고 일본에서 이를‘量子力學’라 번역했는데 이것이 한국에 그대로 들어와 ‘양자역학'이라 부르게 되었다.

양자역학이란 말을 이해하려면 ‘양자’와 ‘역학’을 각각 살펴보는 것이 좋다. ‘양자’로 번역된 영어의 quantum은 양을 의미하는 quantity에서 온 말로, 무엇인가 띄엄띄엄 떨어진 양으로 있는 것을 가리키는 말이다. ‘역학’은 말 그대로는 ‘힘의 학문’이지만, 실제로는 ‘이러저러한 힘을 받는 물체가 어떤 운동을 하게 되는지 밝히는 물리학의 한 이론’이라고 할 수 있다. 간단히 말해 ‘힘과 운동’의 이론이다. 이렇듯 양자역학이란 띄엄띄엄 떨어진 양으로 있는 것이 이러저러한 힘을 받으면 어떤 운동을 하게 되는지 밝히는 이론이라고 할 수 있다.

마지막으로 양자역학의 역사에 대해서 간단히 알아보자 이 이론은 플랑크의 에너지 밀도의 주파수에 대한 함수를 도출하기 위해 만든 양자화에서부터 시작되었다. 플랑크에게 비롯되어 양자역학의 기본상수는 플랑크상수 h로 표기한다. 이후에 아인슈타인이 빛의 에너지가 양자로 구성되었다는 가설을 내세움과 동시에 광전효과까지 설명했다. 후에 양자 가설을 이용한 고체 비열의 온도 의존성,양자화를 이용한 수소의 불연속적인 스펙트럼의 설명해가며 탄생하게 되었다.

이렇게 어벤져스에 나온 양자역학에 대해서 좀 더 파헤쳐보았지만 양자역학이라는 학문은 파헤치면 파헤 칠수록 더욱 흥미롭게 느껴지는 학문이다. 근래에 많은 연구진들이 이 이론에 대해서 많은 연구를 하고 있다고 한다.