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25/10/28 01:33
https://youtu.be/pOPbrpVklis?si=AiUpHbePTEMA8yKp
재미있게 본 영상이 있어서 소개드려봅니다 채널주인과 관계없고 내용이 정확하다는 담보도 할 수는 없지만요
25/10/28 02:04
말씀드신 파동의 예시에서 입자는 매질의 입자이지 파동이 입자라는 것은 아닙니다. 물에서 파동이 진행할 때 파동은 앞으로 향하지만 물 입자는 위아래로 움직일 뿐 그 자리에 계속 있습니다. 빛이 입자다는 입자가 직진한다, 빛이 파동이다는 파동이 직진한다 라고 보시면 될 것 같습니다.
25/10/28 03:00
빛은 진공 속에서도 파동의 형태가 나타납니다. 이중 슬릿 실험을 진공 속에서 해도 똑같은 결과를 나타낸다고 합니다.
따라서 입자인데 매질과의 상호 작용에 의해 파동의 형태가 나타난다는 생각을 버리셔야 할 듯 합니다.
25/10/28 03:27
학문적으로 기본적인 이야기를 글로 이야기하는데 한계가 있을 거 같아서, 자세한 건 결국 교과서나 참고서를 보거나 수험생 사이트? 같은 데서 이야기하는게 더 자세히 정보를 얻을 수 있을 것 같습니다.
일단 지금 보고 계신 글도 빛이 눈에 들어와서 알 수 있는거잖아요? 근데 이 빛이 그냥 공 던지듯, 입자 덩어리가 슥 다가오는건지, 파동식으로 움직이는건지 그 두가지는 다른 겁니다. 파동은, 예를 들어 파도를 보면 물이 땅으로 전진하는거 같지만 저기 위 반제님 댓글대로 파동은 실제로 매질(입자)가 앞으로 움직이는게 아닙니다. 물엔 색을 칠하진 못하니까 그래 보이는 것 뿐이죠. 그러니까, 밧줄을 손에 들고 위아래로 흔든다고 생각해 봅시다. 밧줄이 앞으로 움직이지 않는 것은 자명하죠? 근데 파동은 전달이 됩니다. 밧줄을 구성하는 입자가 실제로 앞으로 가는게 아니고 위아래로만 흔들리고 그 흔들림이 전달이 되는거에요. 이걸로 비유하자면 '빛이 입자고 파동은 아니다' 라고 하는 것은 단순 입자가 이동해서 전달이 되는 것이고, 밧줄로 예를 든다면 밧줄 자체를 들고 던지는게 되겠죠.
25/10/28 03:37
제가 모르는 걸 제대로 표현 못하는 거 같아요.
저는 입자는 상태(?) 를 나타내는 거고, 파동은 현상(?) 을 나타내는 거 같은데 그 두개를 서로 다르게 설명하는지 자체를 이해를 못하는 것이거든요. 입자와 파동은 서로 대립되는 거라는데 그게 왜 대립인지를 잘 이해가 안가요. 남자 면서 여자 라는 건 대립이구나 하겠는데 남자면서 긴머리 이라는 건 대립이 아닌 거잖아요. 고전물리학에서 입자라면 파동일 수 없는데 양자역학에선 가능하다 라고 하는데, 전 왜 고전물리학에서 입자라면 파동일 수 없다는 거지? 에서 멈춘거 같아요.
25/10/28 04:07
음 그러니까 그게 파동에 대해 잘 모르셔서 그런건데요. 앞서 파도나 밧줄의 움직임을 말씀드렸습니다. 근데 '파도 입자' 혹은 '밧줄 움직임 입자' 란게 존재할 리가 없잖아요? 고전적으로 파동은 일종의 현상입니다 실체를 가진 덩어리가 아니라. 비슷하게 소리 입자는 없어요 그냥 공기가 떨리는 움직임이지. 만약에 누가 '난 소리 입자를 발견해보겠어' 라고 하면 황당하게 느끼시겠죠?
근데 빛이 입자란걸 밝혔다는 걸 소리로 비유하자면, 이제까지 공기가 떨려서 나오는 현상인 줄만 알았던 소리가, 사실은 소리 입자란게 독립적으로 존잴르 하고, 이게 움직이면서 소리를 내는 거였다!! 가 되는 거지요.
25/10/28 05:25
고전적으로 입자는 존재, 파동은 현상에 해당하는 것이 맞지만 딱히 대립되는 것은 아닙니다. 그냥 카테고리가 다른 것이지요. 입자와 파동을 바탕으로 생각을 하고 계셔서 헷갈리시는 것 같은데 좀 더 직관적인 물체와 운동으로 생각을 해보시면 명확할 것 같습니다.
고전적으로 물체는 그냥 실존하는 것이고, 운동은 그 물체의 위치 상태가 변하는 현상을 설명하기 위한 추상적인 개념이죠. 서로 다른 개념이지만 그렇다고 물체와 운동이 대립되는 개념이라고 하지는 않죠? 마찬가지로 고전적으로는 파동도 입자의 진동을 매개로 해서 에너지를 전달하는 하나의 현상일 뿐이고 그 현상을 파동방정식을 통해 수학적으로 기술할 수 있습니다. 그리고 이런 고전적 이해 때문에 빛의 파동성이 입증되었을 때 에테르라는 가상의 매질을 가정할 수밖에 없었던 거기도 하고요. 빛이 파동이라면 고전적 관점에선 그것을 전달할 매질이 반드시 필요할테니까요. 양자역학에서 얘기하는 입자와 파동의 이중성은 입자가 파동처럼 진동하거나 흔들린다는 게 아닙니다. 어떤 입자의 상태를 파동함수를 이용해 서술할 수 있고 그 입자가 가지는 물리량은 해당 함수의 고유값으로 표현된다는 것이죠. 입자가 가지는 물리량이 양자화되어있는 것은 그 고유값으로 가능한 값들이 양자화되어있기 때문이라고 설명하고요. 물론 사실은 인과가 반대로 된 거긴 한데, 이유는 알 수 없지만 우리 우주에서 일어나는 현상들을 잘 관찰해보니 미시세계에서 물리량이 양자화되어있다는 것을 밝혀냈고, 이를 파동함수 형태의 상태함수로 설명하니 기가막히게 잘 들어맞아서 해당 모델을 쓰고 있는 것 뿐이지만요. 아무튼, 요약하자면 '입자는 상태를 나타내는 거고 파동은 현상을 나타내는 것'이라는 이해는 고전적 관점에선 옳은 이해이지만, 양자역학에선 놀랍게도 상태라는 것이 파동함수의 형태로 표현된다는 것이죠.
+ 25/10/28 06:56
다른 부분들은 다른 분들도 많이 설명해주셨으니, 조금 더 원론적인 얘기를 해보겠습니다.
------ 본문글에서 어떤 서술을 보면 되게 양자역학에 부합하기도 하고, 또 어떤 서술을 보면 완전히 빗나가기도 했습니다. 이런 걸 세간에서는 '마치 슈뢰딩거의...' 식으로 농담하기도 하는데, 사실 이런 류의 농담은 대부분 본래의 '슈뢰딩거의 고양이'라는 사고실험/가정에 딱 들어맞지는 않습니다. 다만 대중담론에서 받아들여지기 좋은 정도의 난이도로 유통되는 거죠. ------- 입자/파동 개념에 대해서도 비슷한 간극이 있습니다. 이건 역사속에서 물리학자들도 혼란에 빠뜨렸던 논쟁적인 개념이고, 지금도 현대물리학을 공부하는 학생들이 처음부터 넘기 어려운 허들입니다. 여기서 제목에 대한 답변을 한 번 드리자면, '실험결과를 그렇게 설명했더니 설명이 되더라' 또는 '그거 말고 설명할 방도가 없더라' 정도로 이해하시면 되겠습니다. 인류가(그리고 물리학자 본인들이) 거시세계에서 살아가면서 쌓은 물리학적 직관에는 들어맞지 않지만, 그나마 그렇게라도 설명해보려 했더니 설명이 되더라 하는 것이고요. 그렇다면, 결국 [양자역학을 이해하려면 기존에 가지고 있던 물리학적 직관을 수정]해야 하는 것이죠. ------ 사실 이런 예시는 너무나도 많습니다. (각각 층위는 다르지만) 상대성이론은 시간과 공간에 대한 우리의 직관에 수정이 필요함을 알려주었죠. 시간이 서로 다르게 흐른다는 직관을, 공간이 휘어진다는 직관을 우리는 삶에서 경험할 수 없습니다. 우리가 경험한 바에 비추어서 설명해보려는 경우를 간간이 보는데, 대부분은 제대로 된 설명이 아니죠. 물리학 바깥의 예시를 추가로 들어보면, '몬티 홀 문제'라고 들어보신 적이 있을까요? (아실 수도 있겠지만, 혹시 모르시면 이 링크를 참조해주세요 https://namu.wiki/w/몬티%20홀%20문제 ) 사람들이 기존에 가지고 있던 통계에 대한 직관으로는 보통 몬티 홀 문제를 제대로 이해해지 못합니다. 결국 이해하려면 어쩔 수 없이 내 직관을 또 일부분 수정해야 하고요. 직관을 수정한다는 건 어렵습니다. 일단, 물리학적 설명이 내 직관과 어떻게 다른지부터 이해해야 하는데, 그 부분부터가 직관적으로 와닿지 않으니까요. 그런 점에서, "제가 모르는 걸 제대로 표현 못하는 거 같아요."라는 말씀이 유의미한 것 같습니다.
+ 25/10/28 07:20
(수정됨) 구체적으로 보자면,
"모든 것은 그냥 입자고 그 입자가 움직이는 모양이 파동일 뿐"이라는 말씀은 일부 맞습니다. 그런데 여기서 말씀하신 '파동'이라는 개념은, 실제 이 논변에서 사용되는 개념이랑은 상당히 다릅니다. 또는, 그 문장에서 의도하신 바가 실제 물리학적 개념에 맞지 않습니다. - 우리가 일반적으로 어떤 물리적 개체를 '입자'로 전제할 때 예상되는 물리적 움직임이 있고, '파동'으로 전제할 때 예상되는 물리적 움직임이 있습니다. - 예를 들어, 야구공을 던지면 직진하겠죠. (중력 등의 다른 요소를 상정하지 않으면) 2개의 야구공이 만나면 충돌해서 튕겨나갈 겁니다. 이런 게 입자를 전제할 때 예상되는 물리적 움직임입니다. - 한편, 음파를 예로 들어보겠습니다. 음파는 장애물/모서리를 지나가면 '회절'을 합니다. (다르게 표현하면, 돌아갑니다.) 서로 다른 음파가 만나면 '중첩' 또는 '상쇄'되죠. 이런 게 파동을 전제할 때 예상되는 물리적 움직임입니다. - 우리는 야구공을 던졌는데 회절을 하거나, 서로 다른 야구공이 만났는데 중첩 또는 상쇄될 거라고 생각하지 않습니다. 실제로도 그렇고요. - 마찬가지로, 음파가 장애물/모서리를 지나가도 직진만 하거나, 서로 다른 음파가 만났는데 서로 충돌해서 튕겨나갈 거라고 생각하지 않습니다. 실제로도 그렇고요. 이런 게, '입자성'과 '파동성'이 서로 대립되는 개념이라고 볼 수 있는 대목들입니다. 우리 인류가 기존에 가지고 있던 직관이 이렇습니다. ------ 전자를 예로 들겠습니다. - 전자는 누가 봐도 입자죠. 전자를 쏘면 직진을 하고, 전자끼리 만나면 충돌도 할 겁니다. - 그런데 어떤 상황에서는 전자를 쐈는데 회절도 하고, 심지어 중첩/상쇄 현상까지 나타나기도 합니다. '전자의 이중슬릿 실험'을 찾아보시면 자세히 아실 수 있습니다. - 이건 누가 봐도 명백히 대립되는 2가지의 성질이 '전자'라는 하나의 물질에서 나타난 거죠. (전자 뿐만 아니고요) ----- 빛을 예로 들겠습니다. - 빛은 파동으로서의 성질을 많이 보여줍니다. 회절도 하고, 빛끼리 만나면 중첩/상쇄를 합니다. - 그런데, 어떤 상황에서는 빛이 전자를 만났는데 파동처럼 상호작용하는 게 아니고, 마치 입자와 입자가 충돌한 것처럼 전자를 튕겨내버리더라는 겁니다. '광전효과', '광양자설' 등을 찾아보시면 자세히 아실 수 있습니다. (아인슈타인의 광전효과에 대한 해설을 통해 인류는 빛의 입자성에 대한 현대적 이해를 가질 수 있었습니다. 아인슈타인이 이 업적으로 노벨상을 받았죠) - 이건 누가 봐도 명백히 대립되는 2가지의 성질이 '빛'이라는 하나의 현상에서 나타난 거죠. - 이제 '광자'라는 개념이 많이 알려져서 대중들도 '빛이 광자인가보다' 하고 편하게 생각하지만, 사실 이건 기존의 물리학적 직관에 대단히 위배되는 개념입니다. 빛이 광자라는 입자였다면, 입자 주제에 회절도 하고 중첩/상쇄도 해왔다는 거니까요.
+ 25/10/28 07:35
빛은 파동의 성질을 가집니다. 영의 이중슬릿 실험으로 확인되었죠.
파동이 전달되기 위해서는 매질이 있어야 합니다. 소리라는 파동은 공기라는 매질을 통해서, 파도라는 파동은 바닷물이라는 매질을 통해서 말이죠. 빛은 태양에서 방사되어서 지구로 전달됩니다. 그럼 빛이라는 파동을 전달하기 위한 매질은? 태양과 지구 사이는 진공이라서 아무것도 없는데? 기존의 파동과 매질 개념은 이걸 설명해주지 못했고, 이걸 설명해주는게 양자역학이죠.
+ 25/10/28 08:04
적확한 말씀이고, VictoryFood님을 위해 첨언하자면
- 이 문제를 해결하기 위하여 과거에는 '에테르' 가설이라는 설명이 제안되었습니다. 빛은 '에테르'라는 가상의 매질을 통해 전달되고, 우주공간에도 에테르가 존재해서 빛이 우주공간에서 전달될 수 있다는 가정이었는데요 - 이 가정은 19세기 말에 있었던 '마이켈슨-몰리 실험'을 통해서 폐기되었습니다. '빛을 전달해주는 에테르 같은 매질은 없다'는 것이 확인되었죠. - 20세기 초 아인슈타인이 광전효과를 설명하면서 빛의 입자성에 대한 현대적 이해가 자리잡게 되었고요 - 이후 양자역학을 통해 인류는 빛이 파동성과 입자성을 가질 수 있음('빛의 상보성')을 이해하기 시작했습니다.
+ 25/10/28 08:23
우리가 사는 거시 세계에선 그런 의문이 당연합니다.
하지만 질량이란 게 거의 존재하지 않는 빛이나 전자 같은 미시 세계의 성질을 해석하려고 하면 입자나 파동 하나로 설명할 수 없는, 우리의 인식에 반하는 현상이 일어난다고 보면 될 겁니다. 그래서 아리송하지만 파동이자 입자라고 설명할 수밖에 없고요. 그걸 왜 그렇게 이상하게 설명하냐? -> 설명이 이상한 건 알지만 실험 결과 나오는 현실이 그렇다. 인간의 기존 언어로는 더 명확하게 설명할 수 없다.
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