23 전자가 파동이야? 아니, 입자야?
입자,파동의 이중성
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Dec 4. 2021
지난 시간에 이어서 연속성의 부정이라는 엄청났던 20세기 초의 이야기를 이어갑니다. 원자 안의 전자가 텔레포트하듯 뿅~ 하고 순간 이동하면서 움직이더라는 이야기를 했었죠? 반경이 다른 원 궤도를 뿅~ 하고 순간 이동하더라는 것이죠.
19세기까지의 아름답고 완전한 물리의 체계에 매료되었던 이들은 경악을 금치 못합니다. 어떻게든 다시 연속성을 회복하고 싶어 하는 것이죠. 슈뢰딩거 역시 그 중 하나였습니다. 전자기파가 띠엄띠엄 주파수를 가지는 것은 실험 결과이니 받아들입니다. 하지만, 전자를 누구도 직접 본 적은 없잖아요? 이게 어떤 모습인지는 아무도 모릅니다. 그래서 슈뢰딩거는 드브로이의 주장에 이어 과감히 이렇게 주장합니다.'전자는 파동이어서 원자 안의 띠엄띠엄은 연속으로 설명된다!'
일단 드브로이가 먼저 전자가 물질파라는 파동으로 나타날 수 있다고 이야기 했습니다. 이것에 이어 슈뢰딩거는 그 유명한 슈뢰딩거 방정식을 만들었습니다. 전자가 파동라면 그것이 펼쳐지는 파동 방정식이 있어야 할테니까요. 이렇게하면? 원자 안의 전자는 정상파처럼 되어서 띠엄띠엄 하게 되고, 반경이 큰 궤도에서 작은 궤도로 뿅~ 하는 것도 파동의 마디가 줄어드는 것으로 설명합니다. 이렇게 하면 모든 것이 연속적으로 아름다울테니까요.
<그림> 원자궤도와 정상파, 출처: https://courses.lumenlearning.com슈뢰딩거의 방정식은 양자역학에서 F=ma 역할을 하는 중요한 방정식입니다. 그런데 이 방정식을 사실은 양자물리학을 부정하려던 슈뢰딩거가 만든 것이죠. 이 후의 역사에서도 양자물리학을 부정하려는 이들때문에 많은 발전이 나타나니 아이러니 합니다. (여기에는 아인슈타인도...)
여하튼 이렇게 해서 연속성은 지켜지는 듯 했습니다. 그러나! 파동이라면 진짜 그런지 또 실험해 봐야 하잖아요? 그래서, 이번에는 이중슬릿 실험을 하게 됩니다.
<그림> 전자의 이중슬릿 실험, 출처: 위키백과