양자(量子, quantum)

 

 

양자(量子, quantum)란

 

어떤 물리량이 연속값을 취하지 않고 어떤 단위량의 정수배로 나타나는 비연속값을 취할 경우,

그 단위량을 가리키는 용어이다.

 

예를 들어,

광자는 전자기장의 양자이며,

보스-아인슈타인통계에 따르는 소립자가 장(場)의 양자론의 양자라 한다.

 

이 단위량을 소량(素量)이라 할 경우

에너지소량을 에너지양자 또는 간단히 양자라 한다.

 

가령 빛에너지는 고전물리학에서 연속적인 양으로 다루지만,

A.아인슈타인은 그 에너지양자를 진동수 ν인 전자기파 에너지를 구성하는 소량이라 보고

광자(光子)라 하였다.

 

또 장장(場)의 양자론에서는 보스-아인슈타인통계에 따르는 소립자를 그 장의 양자라 한다.

가령 광자는 전자기장의 양자이며, π중간자는 핵력장(核力場)의 양자이다.

 

                                                                                                                             [ 두산백과 ]

 

 

라틴어에서 단위라는 뜻을 지닌 양자는

1900년부터 물질과 복사(radiation)를 특징짓는 쪼갤 수 없는 작용단위를 의미하게 되었다.

 

일정한 진동시스템에서의 에너지와 운동량의 기본 단위를 제공해주었고

그 관계식은 E=hν=pc 로 나타낸다. 여기서

 

h는 플랑크상수라고 부르고[흑체법칙], ν 는 진동수를,

p는 입자의 진동시 관계되는 운동량을, c 는 진공에서의 광속을 나타낸다.

 

 

양자이론은 막스플랑크(Max Plank, 1858-1947)가 흑체법칙에 대한연구를 하면서 시작이 되었지만,

아인슈타인(Einstein, 1879-1955)의 연구가 1905-1906년에 발표되고 나서

고전물리와는 다르다는 것이 명백하게 되었다.

 

아인슈타인은 물질이 지닌 에너지, 예를 들면 그 운동에너지는

양자들의 정수배만으로 복사에너지(내비침-, radiant energy)로 변하고,

상호작용하는 입자들의 에너지는 언제나 기본양자단위의 정수배로만 나타난다는 것이었다.

 

1911년 좀머펠트(Arnold Sommerfeld, 1868-1951)는

양자법칙에 관한 위상적분(phase integral)공식을 도입하여,

미시세계의 위상 점(phase point)[통계역학]의 운동을 위상공간(位相空間, phase space; topological-)의 위치운동량에 대한 타원경로로서 제한을 시켰다.

 

그래서 양자조건이란 놓일 수 있는 경로들에 가능한 가까운 값을 결정하는 것이다.

기본양자개념을 대부분의 물리학자들이 1차 세계대전 때 받아들이긴 했지만,

아인슈타인의 가장 혁명적인 이론인 광양자설은 물질과 파동의 이중성을 인정하지 않을 수 없었던 1920년대에 받아들여졌다.

보어(Niels Bohr, 1885-1962)의 원자구조론은 양자이론응용에서 더욱 커다란 영향을 미쳤다.

보어가 반 역학적(半力學的, semi-mechanical)원자를 발전시키는 과정에서 나타난 난점(難點)이

행렬역학(行列力學, matrix mechanics)과 파동역학(波動力學, wave mechanics)에 의해서

해결되었다.

 

1926년 동일한 수학적 표기에서 나타난 것은 새로운

양자역학이 엄격한 고전물리학의 인과론을 벗어나기 때문에,

원자와 아원자의 상호작용에 대한 결과들은 통계적인 확률에 의한 계산임을 받아들여야한다는

것이다.

 

양자역학과, 그것의 전자기적인 일반화인 양자전기동역학은

자연에 대한 현재이론의 토대가 되고 있으며, 그 정확성은 수많은 실험에 의해서 입증이 되었다.

 

비록 소수의 물리학자들이 연속성에 대한 본체론에서 일치를 보아야 한다고 하지만,

자연이란 불연속적으로 작동이 된다고 하는

보어와 하이젠베르그(Werner Heisenberg, 1901-1976)가 만든 공식을

거의 모두가 받아들이고 있다.

 

그래서 양자이론의 성공은

“자연은 비약을 하지 않는다(Natura non facit saltus; Nature makes no leaps)” 라는 금언과는

모순이 되는 것이다.

 

                                                                                                                          [ 과학사사전 ]