양자역학

양자역학 이론은 원자 규모 이하의 자연의 행동을 기술하는 기본적인 이론입니다. 양자 화학, 양자장 이론, 양자 기술, 양자 정보 과학을 포함한 모든 양자 물리학의 기초입니다.

이 이론은 고전 물리학으로는 설명할 수 없는 많은 시스템을 기술할 수 있습니다. 고전물리학은 자연의 많은 측면을 통상적인 (매크로적이고 (광학적이고) 현미경적인) 척도로 기술할 수 있지만, 매우 작은 (원자적이고) 현미경적인 척도로 기술하기에는 충분하지 않습니다. 고전 물리학에서 대부분의 이론은 양자 역학에서 근사치로 도출되어 대규모(거시적/미시적) 스케일에서 유효합니다. 

양자 시스템은 에너지, 운동량, 각운동량, 기타 양의 이산적인 값으로 양자화되는 상태를 가지고 있지만, 이러한 양은 지속적으로 측정할 수 있는 고전적인 시스템과는 대조적입니다. 양자 시스템의 측정은 입자와 파동 모두의 특성(파-입자 이중성)을 나타내며, 완전한 초기 조건(불확실성 원리)을 고려하면 측정 전에 물리량의 값을 정확하게 예측할 수 있는 한계가 있습니다.

양자역학은 이론에서 서서히 나와 1900년 막스 플랑크의 흑체 방사선 문제에 대한 해결책처럼 고전물리학과 조화를 이루지 못한 관측과 광전자 효과를 설명한 앨버트 아인슈타인의 1905년 논문에서 에너지와 주파수의 대응관계를 설명했습니다. 현재 '오래된 양자 이론'으로 알려진 현미경 현상을 이해하려는 이러한 초기 시도는 1920년대 중반 닐스 보어, 어윈 슈뢰딩거, 베르너 하이젠버그, 맥스 본, 폴 디랙 등에 의한 양자역학의 완전한 발전으로 이어졌습니다. 현대 이론은 특별히 개발된 다양한 수학적 형식으로 정식화되어 있습니다. 그 중 하나로 파동함수라고 불리는 수학적 실체는 확률 진폭의 형태로 입자의 에너지, 운동량, 기타 물리적 성질의 측정값이 어떤 결과를 가져오는지에 대한 정보를 제공합니다.


양자역학은 물리 시스템의 특성과 거동을 계산할 수 있게 합니다. 그것은 일반적으로 분자, 원자, 아원자 입자와 같은 현미경 시스템에 적용됩니다. 수천 개의 원자를 가진 복잡한 분자를 보유한다는 것이 실증되었지만, 인간에 대한 적용은 위그너의 친구와 같은 철학적 문제를 야기했고, 우주 전체에 대한 적용은 여전히 투기적입니다. 양자역학의 예측은 매우 높은 정밀도로 실험적으로 검증되고 있습니다.

 

 

 

 

 

양자역학의 많은 반직관적인 측면과 결과는 강력한 철학적 논의와 많은 해석을 야기했습니다. 논의는 양자 역학의 확률적 성질, 파동 함수 붕괴와 관련된 측정 문제의 어려움, 양자 비국소성에 초점을 맞추고 있습니다. 아마도 이 문제들에 관해 존재하는 유일한 합의는 합의가 없다는 것입니다. 리처드 파인먼은 양자역학을 이해하는 사람은 없다고 해도 될 것 같습니다. 스티븐 와인버그에 따르면 양자역학에 대한 완전히 만족스러운 해석은 현재로서는 없습니다. 

닐스 보어, 베르너 하이젠베르크, 기타 물리학자들의 견해는 종종 '코펜하겐 해석'으로 정리되어 있습니다. 이러한 견해에 따르면 양자역학의 확률론적 성질은 최종적으로 결정론적 이론으로 대체될 수 있는 일시적인 특징이 아니라 대신 '인과성'이라는 고전적 개념의 최종적인 포기입니다. 보어는 특히 양자역학 형식주의의 명확한 적용은 다른 실험 상황에서 얻어진 증거의 보완적 성질 때문에 항상 실험적 배치를 언급해야 한다고 강조했습니다. 코펜하겐형 해석은 보어, 하이젠베르크, 슈뢰딩거,파인먼,자일링거등 양자물리학의 노벨상 수상자와 양자 기반의 21세기 연구자에 의해 채택되었습니다. 

양자론의 창시자 중 한 명인 앨버트 아인슈타인은 결정론이나 지역성과 같은 몇 가지 중요한 형이상학적 원리를 존중하지 않는 것에 곤혹스러워했습니다. 양자역학의 의미와 지위에 대한 아인슈타인과 보어의 오랜 교류는 현재 보어-아인슈타인 논쟁으로 알려져 있습니다. 아인슈타인은 양자역학의 근저에 있는 이론은 거리에서의 작용을 명시적으로 금지하는 이론이어야 한다고 생각했습니다. 그는 양자역학은 불완전하고, 유효하긴 했지만 근본적이지 않았던 이론은 열역학이 유효한 방법과 비슷하지만, 그 배후에 있는 근본적인 이론은 통계역학이라고 주장했습니다

 

 

양자역학은 20세기 초기 수십 년에 개발되었으며, 몇몇 경우에는 이전에 관찰된 현상을 설명할 필요성에 의해 추진되었습니다. 빛의 파동성에 관한 과학적 조사는 17~18세기에 로버트 훅, 크리스티안 휘겐스, 레온하르트 오일러 등의 과학자들이 실험적 관측을 바탕으로 빛의 파동 이론을 제안하면서 시작되었습니다. 1803년 영국의 수학자 토마스 영은 이 유명한 이중 슬릿 실험에 대해 설명했습니다. [75] 이 실험은 빛의 파동 이론을 일반적으로 수용하는 데 중요한 역할을 했습니다.

19세기 초 존 달튼과 아메데오 아보가드로에 의한 화학 연구는 제임스 클라크 맥스웰과 루트비히 볼츠만 등이 가스의 운동 이론을 확립하기 위해 쌓은 원자론에 무게를 두고 있었습니다. 운동 이론의 성공은 물질은 원자로 구성되어 있다는 생각에 더 많은 신뢰를 주었지만, 이 이론에는 또한 양자역학의 발전에 의해서만 해결될 수 있는 결점도 있었습니다. 초기 그리스 철학에서 나온 원자의 개념은 그것들이 불가분 단위라는 것이었지만, 19세기에는 아원자 구조에 대한 가설의 정식화가 보였습니다. 그런 점에서 중요한 발견 중 하나는 마이클 패러데이가 1838년 저압의 가스를 포함한 유리관 내 방전으로 인해 발생하는 글로우를 관측했다는 것입니다. Julius Pücker, John Wilhelm Hittorf, Eugen Goldstein은 패러데이 작업을 지속하고 개선하여 음극선 식별로 이어졌습니다. J. J. Thomson은 전자라고 불리는 아원자 입자로 구성되어 있다는 것을 발견했습니다