양자역학

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양자역학 (量子力學)은 전자, 원자핵등 미시적 세계의 물리적 현상을 설명하는 물리 이론이다. 19세기 중반까지의 실험은 뉴턴의 고전역학으로 설명할 수 있었다. 그러나, 19세기 후반부터 20세기 초반까지 이루어진 전자, 양성자, 중성자등의 원자구성입자에 관련된 실험들의 결과는 고전역학으로 설명을 시도할 경우 모순이 발생하여 이를 해결하기 위한 새로운 역학 체계가 필요하게 되었다. 이 양자역학은 M.플랑크의 양자 가설을 계기로 하여 에르빈 슈뢰딩거, 베르너 하이젠베르크, 폴 디랙 등에 의해 만들어진 전적으로 20세기에 이루어진 학문이다. 양자역학에서 플랑크 상수를 0으로 극한을 취하면, 양자역학이 고전역학으로 수렴하는데 이를 대응 원리라 한다.

[편집] 역사

1900년 실험으로 알고 있는 흑체 복사의 에너지 밀도의 주파수에 대한 함수를 도출하기 위해 막스 플랑크가 양자화란 개념을 도입했다.

1905년 알베르트 아인슈타인은 빛의 에너지가 광양자(광자)라는 덩어리 형태로 전해진다는 가정을 하여, 광전 효과를 설명해 냈다.

1913년에는 닐스 보어가 고전 역학으로는 설명할 수 없었던 수소의 띄엄띄엄한 스펙트럼등을 양자화를 이용해 멋지게 설명하는 이론을 세상에 내놓았다.

1924년에 드브로이는 드브로이파(물질파)의 개념을 주창했다.

1926년경엔 양자역학의 수학적 기초가 슈뢰딩거와 하이젠베르크에 의해 파동역학과 행렬역학이라는 두 가지 형식이 제안되었고, 슈뢰딩거는 두 가지 형식이 등치임을 증명해냈다.

1927년 하이젠베르크는 불확정성 원리를 도입하였고, 거의 같은 시기에 코펜하겐 해석이 명확히 기술되었다. 이즈음, 폴 디랙은 양자역학과 특수 상대성 이론을 통합하여 디랙 방정식을 만들었고, 또 브라-켓 기호를 이용한 연산자 이론을 최초로 사용했다.

1932년 존 폰 노이만은 연산자 이론으로 양자 역학의 엄밀한 수학적 기초를 닦았다.

1940년대엔 리처드 파인먼, 프리맨 다이슨, 슈윙어, 도모나가 신이치로에 의해 양자전기역학이 성립되었다.

비슷한 시기에, 양자역학은 라이너스 폴링의 양자화학을 필두로 하여, 많은 실용적인 문제와 미시계의 시뮬레이션에 활용되기 시작했다. 코펜하겐 해석의 완성자인 폴링, 원자 폭탄의 아버지인 오펜하이머 등의 학자들의 노력으로 이는 발전하였다. 최근 밀도범함수이론이 발전하여, 슈뢰딩거의 방정식과는 다른 각도에서 문제를 근사적으로 풀이할 수 있게 되면서, 양자역학의 미시계 모사는 성공적으로 자리 잡았다.

한편 양자색역학의 역사는 1960년대 초부터 시작했다. 현재 알려진 것과 같은 이론은 데이비드 폴리처, 데이비드 그로스Gross, 프랭크 윌첵Wilzcek와 같은 사람들에 의해 1975년에 완성되었다. Schwinger, Higgs, Goldstone들과 다른 많이 선구적인 연구에 기초해서, 셸던 글래쇼, 스티븐 와인버그, 압두스 살람 등은 약한 핵력과 양자전기역학이 하나의 전자기 약력으로 나타나는 것을 각각 증명했다.