양자역학의 탄생

양자란 신기한 작용을 하는 빛이나 전자를 가리킨다. 

자연과학은 자연의 변함없이 반복되는 질서를 발견하는 학문이다. 자연과학 중에서도 물리학은 물질의 움직임이나 상호작용과 관련된 질서를 찾는 학문이다.

이전까지 고전역학으로 물질의 질서를 설명할 수 있었지만, 아주 작은 세계에서는 고전역학이 성립되지 않는다는 사실을 갈게 되었다. 그 원인으론 빛과 원자이다.

빛에 관하여

슬릿 실험을 통해 빛은 파동이라고 생각했고,

플랑크가 발견한 빛 에너지는 hv 의 정수배 값만을 취한다는 사실은 입자라고 생각하게 되었다.

물리학자들은 이 빛을 양자라고 부르는 동시에 고전역학에서 제외시켰다.

아인슈타인의 식 E = hv 도 입자 에너지가 파동의 진동수의 등식으로 연결된다는 점이 이상

원자에 관하여

원자의 구조

당시 빛과 함께 원자에 관한 연구도 진행, 원자를 이루고 있는 물질

+ 전하의 원자핵, - 전하의 전자

원자의 종류는 원자 내부의 전자의 개수에 따라 달라진다.

원자가 약 1 옹스트롬이라는 크기를 유지하기 위해서는 전자가 원자핵의 둘레를 돌고 있어야 한다. 

원자를 밝히는 중요한 열쇠

원자의 구조를 밝힐 수 있는 스펙트럼

원자를넣은 유리관에 전기를 흐르게 한 다음 에너지를 가하면 빛을 방출한다. 이때 빛의 색(스펙트럼)은 원자의 종류마다 다르다.

스펙트럼을 만드는 것은 전자이므로 스펙트럼을 조사하면 전자의 움직임도 알 수 있다. 

러더퍼드 원자 모델의 문제점

전자의 원운동으로 인해 빛이 방출되는 것이라면 에너지를 잃어 궤도가 줄어들게 된다.

보어 등장

맥스웰 전자기학은 빛을 파동으로 정의하는 이론이기에 맞지 않은 것,

플랑크와 아인슈타인에 의해 빛은 입자, 파동 둘의 성질을 띄고 있다고 설명할 수 밖에 없었다. 

보어는 빛을 양자라고 가정했을 때 원자의 구조가 어떻게 되는지 연구,

1) 빛에너지가 불연속이므로 원자 에너지도 불연속일 수밖에 없다. 

2) 전자가 바깥쪽 궤도에서 안쪽 궤도로 전이할 때 에너지 hv 를 빛으로 방출한다.

보어 이론의 문제점

전자의 전이 구조를 알 수 없다, 스펙트럼의 세기를 설명할 수 없다. 

대응원리

n 이 클 경우 고전역학으로 생각, 궤도의 차이가 점차 작아져 연속되기 때문, 고전역학에서는 n 이 클 때 단순한 파동 하나하나의 진폭을 구할 수 있어 제곱하여 그 세기를 알 수 있다.

 

문제는 전이 횟수를 구하는 방법을 알아야 한다는 것이다.