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양자역학(Quantum Mechanics)은 원자와 전자처럼 아주 작은 세계의 물리 법칙을 설명하는 학문입니다. 우리의 일상 경험과는 전혀 다른 방식으로 자연이 작동하기 때문에 처음 접하면 신기하고, 때로는 직관에 반대되는 내용도 많습니다.
양자 개념을 가장 처음 만든 사람은 “막스 플랑크”이고 1900년 현대적 양자역학을 완성한 사람들은 아인슈타인,닐스 보어,하이젠베르크, 슈뢰딩거, 보른 등으로1925~1926년 경 이었습니다.
양자역학이 왜 필요할까?
고전물리학(뉴턴역학)은 탁구공·자동차·행성 같은 큰 물체의 움직임을 잘 설명합니다.
하지만 원자 내부의 전자, 빛, 초미세 세계에서는 고전물리학이 맞지 않아요. 그래서 이 영역을 설명하기 위해 탄생한 것이 양자역학입니다.
양자역학의 핵심 개념을 요약해 보면
첫째,파동-입자 이중성 (Wave-Particle Duality)
전자나 빛(광자)은 입자이면서 동시에 파동처럼 행동합니다. 그 예로 전자가 두 갈래 틈을 지나갈 때 물결무늬 간섭 무늬가 나타남 → 파동의 성질.
둘째, 불확정성 원리 (Heisenberg Uncertainty Principle)
입자의 위치와 속도(운동량)를 동시에 정확히 알 수 없다는 원리 즉,위치를 더 정확히 알면 속도는 더 모호해지고 속도를 정확히 알면 위치는 불명확해지는 이는 측정기술의 문제가 아니라 자연 자체의 근본 원리입니다.
세째, 양자 상태(Quantum State)와 파동함수
미시 세계의 입자는 확률로만 존재를 설명할 수 있어요. 전자가 어디에 있는가? → 특정 확률분포로만 나타낼 수 있고 이 확률을 기술하는 것이 파동함수 Ψ(싸이)입니다.
네째, 중첩(superposition)이다
양자 입자는 동시에 여러 상태에 있을 수 있습니다. 전자가 A 위치에도 있으면서 B 위치에도 있는 중첩 상태 가능하나 고전 세계에서는 불가능한 개념이죠.
다섯째, 측정 문제이다
관측(측정)을 하면 파동함수가 하나의 상태로 붕괴(collapsing)됩니다.즉 “동시에 여러 가지 상태”에 있던 전자가 관측 순간 하나만 나타나는 것.
6) 얽힘(Entanglement) — 가장 신기한 현상
두 입자가 얽히면,한 입자를 관측한 순간 다른 입자의 상태가 즉시 결정된다는거리와 상관없어요(심지어 수천 km 떨어져 있어도).
아인슈타인은 이를 “유령 같은 원격작용”이라고 불렀지요.
양자역학이 실제로 어디에 쓰일까?
반도체 기술 (스마트폰, 컴퓨터),레이저,MRI(자기 공명 영상),양자컴퓨터,원자시계(초정밀 시계)
현대 기술 거의 전부가 양자역학 기반입니다.
양자역학은 “보이지 않는 초미세 세계가 확률과 파동으로 움직인다는 사실”을 설명하는 학문입니다.
이상에서 살펴 봐도 이해는 쉽지 않을 겁니다
더 자세히 알려면 전문도서를 찾아보고각자 조사 ㆍ연구ㆍ공부해야 할 듯..
권오정 문화부장/
기자
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