홍순로그 : 양자역학 이야기

우리는 어떤 물체가 어디에 있는지 알고, 얼마나 빠르게 어느 방향으로 움직이는지도 알 수 있다면 그 물체의 다음 위치를 계산할 수 있다고 생각합니다. 공을 던지는 순간의 위치와 속도를 알면 공이 어디로 날아갈지 예측할 수 있고, 행성의 위치와 운동 상태를 알면 앞으로의 움직임도 계산할 수 있습니다. 이것은 고전물리학이 세상을 설명하는 기본적인 방식입니…

우리는 에너지가 조금씩 변한다고 생각합니다. 자동차는 속도를 서서히 높일 수 있고, 물체를 들어 올리면 높이에 따라 위치 에너지도 달라집니다. 에너지는 마치 경사로를 따라 움직이듯 연속적으로 변하는 것처럼 보입니다. 그런데 원자 속 전자를 살펴보면 흥미로운 차이가 나타납니다. 전자는 원자 안에서 아무 에너지나 가질 수 있는 것이 아니라, 특정한 에너지…

전자는 왜 확률로 설명해야 할까요? 우리는 물체가 어디에 있는지 알고 싶을 때 보통 눈으로 바라보거나 위치를 측정합니다. 공이 운동장 어디에 있는지, 자동차가 도로의 어느 지점을 지나고 있는지 확인하는 일은 어렵지 않습니다. 그렇다면 원자 속 전자는 어떨까요? 전자는 원자핵 주변에 존재하지만, 작은 행성이 태양 주위를 돌듯 일정한 길을 따라 움직이는 …

원자를 떠올리면 어떤 모습이 생각나시나요? 아마 가운데 작은 원자핵이 있고, 그 주위를 전자들이 빙글빙글 돌고 있는 모습을 떠올릴 것입니다. 마치 태양 주위를 행성이 도는 것처럼 말입니다. 그런데 전자가 정말 작은 행성처럼 움직인다면 우리는 전자의 미래도 계산할 수 있어야 하지 않을까요? 지금 어디에 있고 얼마나 빠르게 움직이는지 알면 다음 순간 어디에…

햇빛이 창문을 통과해 방 안으로 들어옵니다. 우리는 그 빛을 자연스럽게 바라보고, 햇볕이 강한 날에는 따뜻함도 느낍니다. 그런데 빛을 아주 자세히 들여다본다면 어떤 모습일까요? 작은 알갱이들이 빠르게 날아오는 모습일까요? 아니면 물결처럼 부드럽게 퍼져 나가는 모습일까요? 이 질문은 생각보다 오래된 과학의 수수께끼였습니다. 과학자들은 빛을 연구하면서 한 …

공 하나를 손으로 위로 던져 보겠습니다. 공은 손을 떠나 위로 올라갑니다. 처음에는 빠르게 움직이지만 점점 속도가 느려지고, 가장 높은 지점에 도달하면 잠시 멈춘 것처럼 보입니다. 그리고 다시 아래로 떨어지기 시작합니다. 이 과정에서 공의 운동에너지는 어떻게 변할까요? 공이 올라갈수록 운동에너지는 조금씩 줄어듭니다. 반대로 높이가 높아지면서 위치에너지는…

책상을 손가락으로 한번 눌러보세요. 손가락은 단단한 표면에 막힙니다. 조금 더 힘을 주어도 쉽게 들어가지 않습니다. 너무나 당연한 일이라 평소에는 별다른 의문을 갖지 않습니다. 그런데 여기서 한 가지 생각해 볼 문제가 있습니다. 원자는 대부분 빈 공간으로 이루어져 있다고 합니다. 그렇다면 이상하지 않나요? 대부분이 빈 공간인 원자들이 모여 어떻게 이렇…