[이 단락 편집]
양자 이론은 현대 물리학의 두 가지 주요 초석 중 하나이다. 양자 이론은 우리에게 자연을 표현하고 생각하는 새로운 방법을 제공한다. 양자 이론은 미시 물질 세계의 기본 법칙을 밝혀 원자물리학, 고체물리학, 핵물리학, 입자물리학을 위한 이론적 토대를 마련했다. 원자 구조, 원자 스펙트럼의 규칙 성, 화학 원소의 성질, 빛의 흡수, 방사선 등을 잘 설명할 수 있다.
디락은 65438 년부터 0928 년까지 양자역학에 상대성 이론을 적용해 하이젠버그와 파울리의 발전을 거쳐 양자전기역학을 형성했다. 양자전기역학은 전자기장과 전기 입자 사이의 상호 작용을 연구한다.
1947 년에 램 변위가 실험에 의해 발견되었다.
1948- 1949 년 리처드 필립 파인만, j.s. 스윈거와 얕은 영일랑은 개편 개념으로 양자전기역학을 발전시켜/Kloc-0-을 얻었다
2. 양자이론의 창립과 발전에 기여한 과학자.
[이 단락 편집]
윌리엄 위른
레일리 경 (레일리 경)
막스 칼 에른스트 루드비히 플랑크
폴 아드리안 모리스 디락입니다.
닐스 보어 (닐스 보어)
루이 빅토르 드브로이 왕자
슈뢰딩거 (오웬 슈뢰딩거? 딩거)
베르너 칼 하이젠버그
메크스 본
리처드 파인만입니다.
H. 헤르츠 (하인리히 루돌프 헤르츠)
로버트 앤드루 밀리건
[이름] 알버트 아인슈타인 (유대인 이론 물리학자)
보어
양자 이론의 발전.
[이 단락 편집]
양자론의 창립은 장려한 서사시이다.
양자 이론의 초기 단계:
1900 년 플랑크는 고전 이론을 극복하기 위해 흑체 복사의 법칙을 설명하는 어려움을 극복하기 위해 에너지 양자의 개념을 도입하여 양자 이론의 기초를 다졌다.
이어 아인슈타인은 광전 효과 실험과 고전 이론의 모순에 대해 광양자 가설을 제시하고, 에너지 양자의 개념을 고체의 비열에 성공적으로 적용해 양자 이론의 발전을 위한 새로운 국면을 열었다.
19 13 년, 볼은 양자화라는 개념을 이용하여 루더퍼드 핵 모델을 기반으로 한 볼볼원자론을 제시하고 수소 스펙트럼에 대해 만족스러운 설명을 해 양자론이 초보적인 승리를 거두었다. 나중에 보어, 소말피, 그리고 다른 물리학자들은 양자 이론을 발전시키기 위해 엄청난 노력을 기울였지만 심각한 어려움에 직면했다. 낡은 양자론이 곤경에 빠졌다.
양자 이론의 확립;
1923 년, 드브로의는 물질파 가설을 제기하고, 파동 입자 이중성을 전자와 같은 입자 빔에 적용하여 양자 이론을 새로운 높이로 발전시켰다.
1925-1926 슈뢰딩거는 먼저 물질파의 개념을 따라 전자의 파동 방정식을 성공적으로 세우고 양자이론의 기본 공식을 찾아 파동역학을 창설했다.
슈뢰딩거와 거의 동시에 하이젠버그는' 운동학과 역학 관계에 대한 양자 이론 재해석' 이라는 제목의 논문을 써서 양자 파동 이론을 해결하는 매트릭스 방법을 창설했다.
1925 년 9 월, 볼은 또 다른 물리학자 조던과 협력하여 하이젠버그의 사상을 시스템의 매트릭스 역학 이론으로 발전시켰다. 얼마 지나지 않아 디락은 행렬 역학의 수학적 형태를 개선하여 개념이 완전하고 논리적인 이론적 체계로 만들었다.
1926 년 슈뢰딩거는 파동역학과 행렬 역학이 수학적으로 완전히 동등하다는 것을 알게 되었기 때문에 통칭하여 양자역학이라고 불렀고, 슈뢰딩거의 파동 방정식은 하이젠버그의 행렬보다 이해하기 쉬워 양자역학의 기본 방정식이 되었다.
양자 역학 발전에 관한 논쟁.
[이 단락 편집]
양자역학은 확립되었지만, 그것의 물리적 해석은 항상 추상적이며, 모두의 의견도 일치하지 않는다. 파동 방정식에서 소위 파동이란 무엇입니까?
보른은 양자역학의 파동이 실제로 일종의 확률이라고 생각하는데, 파동 함수는 어떤 시간과 장소에서 전자가 나타날 확률을 나타낸다. 1927 년 하이젠버그는 미시 분야의 불확실성 관계를 제기했다. 그는 어떤 입자의 위치와 운동량도 동시에 정확하게 측정할 수 없다고 생각한다. 그 중 하나가 정확하게 측정해야 한다면, 다른 하나는 확실하지 않다. 이것이 바로 이른바 불확실성 원리이다. 보른의 파동 함수 확률에 대한 해석과 함께 양자역학 해석의 물리적 기초를 다졌다. 볼은 불확실성 원칙이 고전 개념의 한계를 대표하고 있다는 것을 예리하게 깨닫고 이를 바탕으로' 보완원칙' 을 제시했다. 볼의 상보성 원리는 정통 코펜하겐 해석으로 간주되지만 아인슈타인은 예측할 수 없는 원리에 동의하지 않고 자연계의 모든 것이 확실한 인과관계를 가져야 한다고 생각하는데 양자역학은 통계적이기 때문에 불완전하고 보완원리는 임시방편이다. 그래서 아인슈타인과 볼은 30 ~ 40 년 동안 논쟁을 벌였는데, 사망할 때까지 결론이 나지 않았다.
세기에 발견 된 마이크로 세계의 룰렛 내기-양자 이론
공간에서의 빛의 전파가 상대성 이론의 관건이라면 빛의 발사와 흡수는 양자론의 혁명을 가져온다. 우리는 물체가 열을 받으면 방사능을 방출한다는 것을 알고 있고, 과학자들은 왜 그런지 알고 싶어한다. 연구를 용이하게 하기 위해, 그들은' 흑체' 라는 완벽한 복사체를 가정했는데, 그 자체는 빛을 내지 않고 그 위에 비치는 모든 빛을 흡수할 수 있다. 과학자들은 연구 과정에서 맥스웰 전자기파 이론에 따라 계산된 흑체 스펙트럼의 자외선 부분의 에너지가 무한대라는 것을 발견했다. 이것은 분명히 잘못된 것이다. 이것은' 자외선 재해' 의 기초를 제공한다. 1900 년 독일 물리학자 플랑크는 물질 중 진동 원자의 새로운 모델을 제시했다. 그는 물질의 분자 구조 이론에서 불연속성의 개념을 빌려 방사선의 양자 이론을 제시했다. 양자론의 불연속성에 대해 우리는 이렇게 이해할 수 있다. 만약 온도가 올라가거나 내려가면, 우리는 연속적이라고 생각한다. 그것은 0. 1. 1 도를 거쳐야 1 도에서 2 도로 올라갈 수 있다. 그러나 양자 이론은 두 값 사이에 1 도 및 3 도와 같은 2 도를 가질 수 없다고 생각합니다. 우리가 물건을 사는데 돈을 쓰는 것처럼, 한 푼은 최소 금액이다. 너는 0. 1 센트를 꺼낼 수 없다, 비록 너는 센티미터로 돈을 계산할 수 있지만. 이 펜스는 동전의 최소 수량이다. 이 최소량은 양자이다. 그는 빛을 포함한 다양한 주파수의 전자파가 자신의 확정 성분의 에너지로만 진자에서 발사될 수 있다고 생각한다. 이런 에너지 입자를 양자라고 하고, 빛의 양자를 광양자라고 하며, 줄여서 광자라고 한다. 이 모델에서 계산된 흑체 스펙트럼은 실제 관찰과 일치합니다. 이것은 물리학의 참신한 페이지를 펼쳤다. 양자 이론은 복사에너지가 파장에 따라 분산되는 법칙을 자연스럽게 설명했을 뿐만 아니라, 새로운 방식으로 빛과 물질 상호 작용의 전체 문제를 제기했다. 양자 이론은 광학뿐만 아니라 전체 물리학에 새로운 개념을 제공하기 때문에 그 탄생은 일반적으로 현대 물리학의 출발점으로 여겨진다.
양자 이론: 핵 세계의 선구자
양자 가설과 수백 년 동안 자연계가 점프하지 않았다는 신념은 직접적으로 모순되기 때문에 양자 이론이 나타난 후 많은 물리학자들이 받아들이지 않을 것이다. 플랑크 자신도 매우 흔들리고, 자신의 과감한 행동을 후회하고, 심지어 양자 이론을 포기하고, 에너지의 지속적인 변화를 이용하여 방사선 문제를 계속 해결하였다. 하지만 역사는 양자 이론을 물리학의 새로운 시대의 선봉장으로 밀어 넣었고, 양자 이론의 발전이 시급하다.
아인슈타인은 처음으로 양자 개념의 보편적인 의미를 깨닫고 이를 다른 문제에 적용했다. 그는 광전기 효과의 새로운 현상을 설명하기 위해 광양자 이론을 세웠다. 빛의 양자론의 제기는 빛의 본질에 관한 역사적 논쟁을 새로운 단계로 이끌었다. 뉴턴 이후 빛의 입자론과 파동론이 여기부터 기복을 일으켰다. 아인슈타인의 이론은 빛의 행동을 묘사하는 입자 이론과 파동 이론의 중요성을 재차 강조했다. 둘 다 빛의 본질의 한 측면을 반영한다. 빛은 때때로 요동으로 표현되고, 때로는 입자로 표현되지만, 고전입자도 아니고 고전파도 아니다. 이것이 바로 빛의 파동이다. 주로 아인슈타인의 일 때문에 양자이론은 제기된 지 처음 10 년 동안 진일보한 발전을 이루었다.
19 1 1 년, 루더퍼드는 원자의 행성 모델, 즉 전자가 원자 중심을 둘러싸고 작지만 질량이 큰 원자핵, 즉 원자핵 운동을 제안했다. 앞으로 20 년 동안 물리학의 대량의 연구는 원자의 외곽 전자 구조에 집중되었다. 이 작업은 미시세계의 새로운 이론인 양자물리학을 창설하여 양자 이론을 거시물체에 응용할 수 있는 토대를 마련했다. 하지만 양성자 중심의 작은 원자핵은 여전히 수수께끼로 남아 있다.
핵은 미시 세계에서 중요한 수준이다. 양자역학은 미시 입자의 운동 법칙을 연구하는 이론으로, 현대물리학의 이론적 기초 중 하나이며 원자핵의 신비를 탐구하는 데 없어서는 안 될 도구이다. 원자양자론이 제기된 지 얼마 되지 않아 물리학자들은 원자의 미세한 질량인 원자핵을 탐구하기 시작했다. 원자에서 양전하를 띤 원자핵은 정적 조건 하에서 음전기를 끌어들인다. 그런데 무엇이 원자핵 자체를 하나로 묶을까요? 핵에는 양전하가 있는 양성자와 전하가 없는 중성자가 들어 있는데, 이들 사이에는 거대한 반발력이 있고 양성자는 서로 배척한다 (전하가 없는 중성자는 이런 반발력이 없다). 그것은 원자핵을 결합하여 양성자 사이의 반발력을 극복하는 새롭고 강력한 힘이다. 이 반발력은 원자핵 내부에서만 작용한다. 원자폭탄의 거대한 에너지는 이런 강력한 핵력에서 나온다. 원자핵의 성질과 핵력에 대한 연구는 20 세기에 중대한 영향을 미쳤다. 방사성 현상, 동위원소, 핵반응, 분열, 융합, 원자력, 핵무기, 핵약은 모두 핵물리학의 부산물이다.
덴마크 물리학자 볼은 먼저 양자 가설을 원자에 적용하고 원자 스펙트럼의 불연속성을 설명했다. 그는 전자가 단지 일정한 원형 궤도로 원자핵 주위를 돌고 있을 뿐이라고 생각한다. 이 궤도에서 운행할 때, 그것은 에너지를 발사하지 않고, 높은 에너지 궤도에서 낮은 궤도로 점프할 때만 방사를 방출한다. 그렇지 않으면 방사선을 흡수한다. 이 이론은 루더퍼드 모델을 바탕으로 원자 안정성 문제를 해결했을 뿐만 아니라 수소 원자에 적용할 때 스펙트럼 분석에 완전히 부합하는 실험 결과여서 물리학적으로 진동을 일으켰다. 볼은 19 년 지도 1920 년부터 1920 년까지의 물리학자들이 양자 이론의 기본 구조를 이해하는데 모순처럼 들린다. 사실, 그는 이 이론의 조산사이자 간호사이다.
볼의 양자화 원자 구조는 분명히 고전 이론에 위배되며 많은 과학자들의 불만을 불러일으켰다. 그러나, 그것은 스펙트럼 분포의 경험 법칙을 해석하는 데 예상치 못한 성공을 거두어 높은 명성을 얻었다. 하지만 볼의 이론은 수소 원자라는 간단한 상황을 해결하는 데만 사용될 수 있으며, 다전자 원자 스펙트럼은 해석할 수 없다. 낡은 양자론은 위기에 직면했지만, 곧 돌파되었다. 이 방면의 첫 번째 돌파구는 프랑스 물리학자 데브로의가 얻은 것이다. 그는 대학에서 역사를 전공했지만, 그의 형은 엑스레이를 연구하는 유명한 물리학자이다. 그의 영향으로 드브로이 대학을 졸업한 후, 그는 물리학을 개학하여 형과 함께 엑스레이의 요동과 입자의 성질을 연구했다. 오랜 사고 끝에 데브로의는 아인슈타인의 광양자 이론이 모든 물질 입자, 특히 광자로 확대되어야 한다는 것을 갑자기 깨달았다. 1923 년 9 월부터 10 년 9 월까지 그는 세 편의 논문을 연속 발표하고 전자도 파동이라는 이론을 내놓았고,' 정재파' 라는 개념을 도입하여 원자 중 전자의 무방사 정적을 묘사했다. 정재파는 호수나 선에서 움직이는 행파와 반대로 기타 현상의 진동은 정재파이다. 이렇게 하면 전자의 위치를 파동 함수로 설명할 수 있다. 그러나 그것은 모든 사람들이 정확한 정량을 잘 아는 것이 아니라 통계적으로' 분포 확률' 을 제시하며, 전자가 공간에서의 분포와 운행을 잘 반영한다. 드브로이는 또한 전자빔이 작은 구멍을 통과할 때도 회절이 발생할 것이라고 예언했다. 1924 년 그는 박사논문' 양자론 연구' 를 써서 물질파 이론을 체계적으로 설명했고 아인슈타인은 매우 감상했다. 몇 년도 채 안 되어 실험 물리학자들은 전자의 회절 현상을 관찰하여 드브로이 물질파의 존재를 증명했다.
오스트리아 물리학자 슈뢰딩거가 물질파의 개념을 따라 계속 전진하면서 파동역학을 창설한 것이다. 그는 아인슈타인의 한 논문에서 데브로이의 물질파 개념을 알게 되었고, 즉시 이 관점을 받아들였다. 그는 입자가 단지 파동 방사선의 거품일 뿐이라고 제안했다. 1925 년, 그는 상대성 이론의 파동 방정식을 추론했지만 실험 결과와 정확히 일치하지 않았다. 1926 년, 그는 상대성론 전자 문제를 다루었고, 얻은 파동 방정식은 실험에서 확인되었다.
1925 년 젊은 독일 물리학자 하이젠버그는' 운동학과 역학 관계에 대한 양자 이론의 재 해석' 이라는 제목의 논문을 써서 양자 파동 이론을 해결하는 매트릭스 방법을 세웠다. 보어 이론의 전자 궤도, 운행 주기 등 고전적이지만 측정할 수 없는 개념은 방사선 주파수와 강도로 대체되었다. 하이젠버그와 영국 청년 과학자 디락의 공동 노력으로 매트릭스 역학은 점차 개념이 완전하고 논리적인 이론 체계가 되었다.
파동역학과 매트릭스 역학의 지지자들은 서로의 이론에 결함이 있다고 끊임없이 논쟁을 벌였다. 1926 까지 슈뢰딩거는 두 이론이 수학적으로 동등하다는 것을 발견하고 쌍방의 적의가 해소되었다. 이때부터 이 두 이론을 통칭하여 양자역학이라고 하는데, 슈뢰딩거의 파동 방정식은 더 쉽게 파악할 수 있기 때문에 양자역학의 기본 방정식이 되었다.
불확실성으로 가득 찬 양자 이론
하이젠버그의 불확실성 원리는 양자 이론에서 가장 중요한 원리 중 하나이다. 측정기가 측정 과정에서 측정 과정을 방해하고, 운동량을 측정하면 위치가 바뀌며, 그 반대의 경우도 마찬가지이기 때문에 입자의 운동량과 위치를 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 점을 지적한다. 양자 이론은 이미 뉴턴 역학의 사각을 넘어섰다. 사물의 거시적 행동을 설명할 때 양자 이론만이 원자와 분자 현상의 세부 사항을 처리할 수 있다. 그러나 이 새로운 이론은 빛의 파동보다 더 많은 역설을 만들어 낸다. 뉴턴 역학은 확실성과 결단력으로 질문에 답하고 양자 이론은 가능성과 통계로 질문에 대답한다. 전통 물리학은 우리에게 화성의 정확한 위치를 알려주고, 양자 이론은 우리로 하여금 원자에서 전자의 위치를 걸게 한다. 하이젠버그의 불확실성은 미시세계에 대한 인간의 인식을 절대적으로 제한하고, 결과에 전혀 영향을 주지 않으면 측정할 수 없다는 것을 알려준다. 양자역학의 창시자 중 한 명인 슈뢰딩거는 1935 년 양자역학의 불확실성 문제를 인식하고 유명한 고양이 사고 실험을 가정했다 아마도 어떤 원자도 같은 확률로 쇠퇴하지 않았을 것이다. 쇠퇴한 상황에서 카운트튜브 방전을 하고 릴레이를 통해 망치를 풀어서 작은 브롬화물 병을 으스러뜨린다. 만약 사람들이 전체 시스템을 자유롭게 1 시간으로 만든다면, 사람들은 이 기간 동안 원자 쇠퇴가 없다면 고양이가 살아 있다고 말할 것이다. 첫 번째 원자 붕괴는 반드시 고양이를 독살할 것이다. "
상식은 고양이가 죽든 살든 우리에게 알려준다. 하지만 양자역학의 규칙에 따르면 상자 안의 전체 시스템은 두 가지 상태의 겹침이다. 하나는 살아있는 고양이이고, 하나는 죽은 고양이다. 하지만 실생활에서 누가 고양이가 살아서 죽는 것을 본 적이 있습니까? 고양이는 자신이 생사인지 죽음인지를 알아야 하지만, 양자 이론은 누군가가 몰래 상자 안으로 들어가 무슨 일이 일어나는지 볼 때까지 이 불행한 동물이 생사 불명의 상태에 있다는 것을 알려 준다. (존 F. 케네디, 동물명언) 이때, 그것은 살아있거나 즉시 죽는다. 고양이를 성인류로 바꾸면 신비감이 더욱 예민해진다. 이렇게 하면 상자에 갇힌 친구들은 시종일관 자신이 건강하다는 것을 깨닫게 되기 때문이다. 실험자가 상자를 열고 그가 아직 살아 있다는 것을 알게 된다면, 그는 그의 친구에게 이 관찰 전에 어떤 느낌이 드는지 물어볼 수 있다. 분명히, 이 친구는 그가 언제나 절대적으로 살아 있다고 대답할 것이다. 그러나 이것은 양자역학과는 상반되는 것이다. 왜냐하면 양자이론은 상자 안의 물건이 관찰될 때까지 친구가 여전히 생사가 겹쳐진 상태에 있다고 생각하기 때문이다.
볼은 그것이 고전 개념의 한계를 나타낸다는 것을 예리하게 깨닫고 이를 바탕으로' 상보성 원리' 를 제시했고, 양자 분야에는 항상 두 개의 상호 배타적인 고전적인 특성이 있다고 생각하는데, 바로 그것들의 상보성이 양자역학의 기본 특성을 구성한다는 것이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 볼의 상보성 원리는 정통 코펜하겐 해석이라고 불리지만 아인슈타인은 줄곧 동의하지 않았다. 그는 항상 통계 양자역학이 불완전하고, 보완원리는 유화철학이라고 믿었기 때문에 가설과 실험을 여러 차례 제기하여 양자이론을 비난했지만 볼은 항상 양자 이론을 지키기 위해 자진적인 답을 주었다. 아인슈타인과 보어 사이의 싸움은 그들이 죽을 때까지 반세기 동안 계속되었다.
아인슈타인의 양자 이론에 대한 질문
설정악적묘 실험은 원자 분야의 현실의 역설성이 일상생활과 경험과는 무관하며 양자 유령은 어떤 식으로든 원자의 그림자 미시 세계로 제한된다고 알려 준다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 과학명언) 만약 우리가 양자론의 논리를 따라 그것의 최종 결론을 따른다면, 대부분의 물리적 우주는 모호한 환상 속으로 사라지는 것 같다. 아인슈타인은 결코 이 논리적 결론을 받아들이지 않을 것이다. 그가 물었다: 아무도 보지 않을 때 달이 사실인가? 과학은 개인이 아닌 객관적인 사업이다. 관찰자를 물리 현실의 핵심 요소로 보는 생각은 전체 과학 정신과 모순되는 것 같다. 만약' 외적' 의 구체적 세계가 없다면 우리가 실험과 측정을 하게 된다면, 모든 과학은 상상을 쫓는 게임으로 전락하지 않겠는가? (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 과학명언)
양자론의 혁명적인 특징은 처음부터 정확성과 해석 내용에 대한 격렬한 논쟁을 불러일으켰고, 이런 논쟁은 20 세기까지 계속되었다. 자연의 법칙은 근본적으로 무작위일까요? 우리의 관찰에 실체가 있습니까? 우리가 관찰한 현상에 영향을 받았습니까? 아인슈타인은 먼저 여러 방면에서 양자론에 의문을 제기했다. 그는 자연의 법칙이 무작위라는 것을 부인했다. 그는 "신이 세상과 주사위를 하고 있다" 고 믿지 않는다. 보어와의 일련의 유명한 토론에서 아인슈타인은 양자 이론의 잠재적 허점, 실수, 단점을 다시 한 번 비판하고 공고히 하려고 시도했다. 볼은 아인슈타인의 모든 공격을 교묘하게 좌절시켰다. 1935 의 한 논문에서 아인슈타인은 양자 이론이 자연을 완전히 묘사할 수 없다고 주장하는 새로운 증거를 제시했다. 아인슈타인의 말에 따르면, 일부 양자 이론은 예측할 수 없는 물리적 현상을 관찰해야 한다. 이 도전은 결국 아스퍼트가 일련의 유명한 실험을 하게 되었는데, 그는 이 실험을 이용하여 이 분쟁을 해결하려고 한다. 아스팻의 실험은 양자 이론의 정확성을 상세히 증명했다. Aspat 은 양자 이론이 예견 될 수 있다고 생각하지만 놀라운 현상을 설명 할 수는 없다고 믿는다. 아인슈타인은 이것이 불가능하다고 주장했다. 정보 전파 속도가 빛의 속도를 초과하는 것 같다. 이것은 분명히 상대성과 인과성을 위반한 것이다. 아스팻의 실험 결론은 여전히 논란이 있지만 양자 이론에 대한 더 많은 이상한 이론으로 이어졌다.
볼과 하이젠버그 발전의 이론과 코펜하겐 학파의 견해는 여전히 논란이 있지만, 점차 대부분의 물리학자들의 인정을 받고 있다. 이 학파는 자연의 법칙이 객관적도 확실하지도 않다고 생각한다. 관찰자들은 그들과는 독립적인 현실을 묘사할 수 없다. 예측할 수 없는 법칙과 예측할 수 없는 법칙이 우리에게 알려준 것처럼 관찰자는 관찰 결과의 영향만 받을 수 있다. 자연의 법칙에 근거한 실험 예견은 항상 통계가 아니라 확정적이다. 찾을 수 있는 법칙은 없고, 단지 가능성의 분포일 뿐이다.
서로 다른 두 실험에서 전자의 요동과 입자성의 명백한 모순이 상보성의 한 예이다. 양자 이론은 전자의 요동이나 입자의 성질을 정확하게 지속적으로 예측할 수 있지만 둘 다 동시에 예측할 수는 없다. 볼의 견해에 따르면, 이러한 모순은 우리 뇌가 끊임없이 전자의 본질을 탐구하는 과정에서 생겨난 것이지 양자론의 일부가 아니다. 그리고 자연에서 양자이론이 제공하는 제한적이고 통계적인 정보만 얻을 수 있다. 양자 이론은 완전하다: 그것이 우리에게 말하지 못한 것은 재미있는 추측이나 은유일 수 있다. 하지만 이런 것들은 관찰도, 측정도 할 수 없기 때문에 과학과는 무관하다. (알버트 아인슈타인, 과학명언) 코펜하겐은 완전히 객관적이고 결정적인 물리 법칙에 대한 아인슈타인의 요구 사항을 충족시키지 못했다고 설명했다. 몇 년 후, 그는 일련의 사고와 추리 실험을 통해 볼에 도전했다. 이 실험 계획들은 양자 이론의 예측에 불일치와 실수가 있음을 증명하는 데 사용된다. 아인슈타인은 딜레마 이론이나 양자론의 모순으로 볼에 도전했다. 폴은 이 문제에 대해 며칠 동안 생각하고 나서 해결책을 제시할 수 있었다. 아인슈타인은 무언가를 지나치게 주시하거나 일부 효과를 무시했다. 아이러니하게도 아인슈타인은 자신의 일반 상대성 이론을 고려하는 것을 잊은 적이 있다. 결국 아인슈타인은 양자론의 주관적 일관성을 인정했지만, 그는 여전히 치명적인 비판인 EPR 사고 실험을 고집했다.
1935 년 아인슈타인과 두 동료 포도르스키, 로슨은 양자론의 완전성을 반박하는 논문을 써서 물리학자와 과학 사상가들 사이에서 널리 퍼졌다. 이런 종이는 EPR 종이라고 하는데, 성씨의 이니셜이 세 개 있다. 그들은 두 개의 전자인 전자 1 과 전자 2 가 충돌한다고 가정한다. 그들은 같은 전하를 가지고 있기 때문에, 이 충돌은 탄력적이며 에너지 보존 법칙에 부합한다. 충돌 후 두 전자의 운동량과 동작 방향은 관련이 있다. 따라서 전자 1 의 위치를 측정하면 전자 2 의 위치를 추정할 수 있습니다. 충돌 후 전자 1 의 위치를 정확하게 측정한 다음 운동량을 측정한다고 가정합니다. 한 번에 한 양만 측정하기 때문에 측정 결과가 정확해야 합니다. 전자 1 과 2 의 연관성 때문에, 우리는 전자 2 를 측정하지 않았지만, 즉 간섭하지 않았지만, 우리는 여전히 전자 2 의 위치와 운동량을 정확하게 추론할 수 있다. 다른 말로 하자면, 우리는 양자 이론이 불가능하다고 말하는 전자의 위치와 운동량을 하나의 측정으로 알게 되었다. 양자 이론은 예측할 수 없다. (알버트 아인슈타인, 과학명언) 아인슈타인과 그의 동료들은 양자 이론이 불완전하다는 것을 증명했다.
한동안 생각한 끝에 볼은 EPR 실험이 양자론을 증명하지 못했을 뿐만 아니라 양자론의 보완 원리를 증명했다고 반박했다. 그는 측량기기, 전자 1 및 전자 2 *** 가 하나의 시스템을 구성하는 것은 불가분의 전체라고 지적했다. 전자 1 위치를 측정하는 동안 전자 2 의 운동량이 영향을 받습니다. 따라서 전자 1 의 측정은 전자 2 의 위치와 운동량을 해석할 수 없으며, 한 번의 측정은 두 번의 측정을 대체할 수 없습니다. 이 두 결과는 상호 보완적이며 호환되지 않습니다. 우리는 시스템의 일부가 다른 부분의 영향을 받는다고 말할 수도 없고, 두 가지 다른 실험 결과를 연결시키려 할 수도 없다. EPR 실험은 객관성과 인과성의 존재를 가정하여 양자 이론의 미비한 결론을 얻었다. 사실, 이런 객관성과 인과성은 단지 추측일 뿐이다.
현실 세계의 양자 이론
사람들은 양자 이론의 의미를 잘 알지 못하지만, 그것이 실제로 이룬 성과는 놀랍다. 특히 응축 물질-고체와 액체의 과학 연구에서. 양자 이론을 이용하여 원자가 합성분자를 어떻게 결합하는지 설명하는 것은 필수적이다. 그래야 물질의 이러한 상태를 이해할 수 있다. 성키는 흑연, 질소 등 일반 화합물 형성의 주요 원인일 뿐만 아니라 많은 금속과 보석이 대칭 결정체 구조를 형성하는 주요 원인이기도 하다. 양자이론으로 이 결정체들을 연구하면 많은 현상을 설명할 수 있는데, 이를테면 은은 왜 전기와 열의 양도체이지만 빛을 통과하지 못하는지, 왜 다이아 () 는 전기와 열의 양도체가 아니라 빛을 투과하는가? 실제로 더 중요한 것은 양자 이론이 도체와 절연체 사이의 반도체 원리를 잘 설명하고 트랜지스터의 출현을 위한 토대를 마련했다는 것이다. 1948 년 미국 과학자 존 바틴, 윌리엄 쇼클리, 월터 브라튼은 양자 이론에 따라 트랜지스터를 발명했다. 아주 작은 전류와 전력으로 효율적으로 작동할 수 있고, 부피를 작게 할 수 있어 육중하고 값비싼 진공관을 빠르게 교체하고 새로운 정보화 시대를 열 수 있다. 이 세 과학자는 65438 년부터 0956 년까지 노벨 물리학상을 수상했다. 게다가, 양자 이론은 레이저의 발명과 초전도성의 해석에도 적용된다.
게다가, 양자이론은 공업 분야에서의 응용 전망도 매우 밝다. 과학자들은 양자역학 이론이 전자공업에 큰 영향을 미칠 것이라고 생각하는데, 아직 개발되지 않은 물리학의 새로운 분야로 전망이 넓다. 현재 반도체의 소형화는 이미 한계에 다다랐다. 만약 더 작다면, 마이크로전자 기술의 이론은 무력할 것이며, 반드시 양자구조 이론에 의지해야 한다. 과학자들은 20 10 년까지 반도체에 부식된 선의 폭을 10 분의 1 미크론 (1 미크론은 천분의 1 밀리미터) 까지 줄일 수 있을 것이라고 예측했다. 전기 신호는 이렇게 좁은 회로를 통해 단지 몇 개의 전자일 뿐, 한 개의 전자를 늘리거나 줄이는 것은 매우 다르다.
미국 위스콘신 대학의 재료 과학자 맥스 라갈 (Max Lagall) 은 양자역학 이론에 근거하여' 퀀텀닷' 이라는 작은 구조를 만들어 단일 전자를 수용할 수 있게 했다. 이런 종류의 퀀텀닷 은 매우 작아서, 바늘 끝 하나에 수십억 원을 담을 수 있다. 연구원들은 퀀텀닷 제조 트랜지스터를 사용하여 단일 전자의 움직임으로 제어할 수 있다. 그들은 또한 교묘하게 퀀텀닷 배열을 통해 이 배열을 가능하게 하여 작고 강력한 컴퓨터의 심장이 되었다. 또한 텍사스 기기, IBM, HP, 모토로라는 분자로 구성된 이 작은 구조에 관심이 있어 이 분야의 연구를 지지하고 있으며, 이 분야에서 이루어진 진전은 "반드시 큰 수익을 거둘 것" 이라고 생각한다.
과학자들이 양자구조를 연구하는 주요 목표는 매우 작은 전자군의 움직임을 통제하는 것이다. 즉,' 양자제약' 을 통해 양자효과와 충돌하지 않도록 하는 것이다. 퀀텀닷 들은 이 목표를 달성할 수 있다. 퀀텀닷 는 직경 이 20 나노 도 안 되는 물질 으로 구성되어 있으며, 대략 60 개 실리콘 원자 의 길이 에 해당한다. 이 양자 제한 방법을 사용하면 많은 광 디스크 플레이어에서 사용되는 작고 효율적인 레이저를 만들 수 있습니다. 이 양자 우물 레이저는 다른 재료 두 층과 초박형 반도체 재료로 만들어졌다. 가운데 전자는 양자평면에 둘러싸여 있고 전자는 2 차원으로만 움직일 수 있다. 이렇게 하면 전자에 에너지를 주입하는 것이 더 쉬워지고, 결과적으로 전자는 적은 에너지로 더 많은 레이저를 생산할 수 있다.
미국 전화전보회사 벨 연구소의 연구원들은 양자를 더 깊이 연구하고 있다. 그들은 양자평면을 한 차원 낮춰 양자선 기반 레이저를 만들려고 시도하는데, 이는 통신선에 필요한 중계기 수를 크게 줄일 수 있다.
미국 사우스캐롤라이나 대학교 제임스 투르스의 화학 실험실은 이미 단일 유기분자에서 양자 구조를 만들었다. 그들의 방법을 사용하면 1 제곱밀리미터의 면적에서 수십억 개의 분자 장치를 압축할 수 있다. 1 제곱 밀리미터는 현재 개인용 컴퓨터의 65,438+0,000 배에 달하는 트랜지스터를 수용할 수 있습니다. 뉴욕 주립대학의 물리학자인 콘스탄틴 리할레프 (Konstantin Likharev) 는 양자 저장점이 있는 스토리지 칩 모델을 만들었습니다. 이론적으로, 그의 디자인은 오늘날 사용되는 칩과 비슷한 크기의 칩에 1 조 비트의 데이터를 저장할 수 있으며, 용량은 현재 칩 비축량의10.5 만 배입니다. 많은 연구팀은 Likharev 모형 부품에 필요한 단일 전자 트랜지스터를 만들었고, 일부는 실온에서 작동하는 단일 전자 트랜지스터를 만들었다. 과학자들은 양자역학 이론이 전자업계에서 응용되는 데는 아직 해결해야 할 문제가 많다고 생각한다. 따라서 대부분의 과학자들은 오늘날의 컴퓨터처럼 양자 장치를 설계하는 대신 새로운 방법을 연구하고 있습니다.
양자론과 상대성론이 통일될 수 있을까?
양자론은 원자, 레이저, 엑스레이, 초전도 등 수많은 일을 정확하고 일관되게 해결할 수 있는 능력을 제공하며, 거의 오래된 고전 물리학 이론을 완전히 불신하고 있다. 그러나 우리는 일상적인 지상 운동, 심지어 공간 운동에서도 여전히 뉴턴 역학을 사용한다. 이런 낡고 익숙한 관점과 이런 새로운 혁명 관점 사이에는 항상 충돌이 있다.
거시세계의 법칙은 여전히 완고하고 검증 가능하며 미시세계의 법칙은 무작위적이다. 우리는 발사체와 혜성의 역학 묘사에 뚜렷한 시각적 특징을 가지고 있지만 원자에 대한 묘사는 없다. 책상, 의자, 집 같은 세상은 언제나 우리의 관찰 아래 있는 것 같지만, 전자, 원자의 실제 또는 물리적 상태는 이러한 갈등을 완화하지 않습니다. 만약 이러한 해석이 무슨 소용이 있다면, 그것은 그들이 두 세계의 격차를 넓혔다는 것이다.
대부분의 물리학자들에게 이 갈등이 해결되는지 여부는 중요하지 않다. 그들은 자신의 일에만 관심을 갖고 철학적인 논쟁과 충돌을 무시한다. 결국, 물리적 작업은 자연 현상을 정확하게 예측하는 것이므로, 우리가 이러한 현상을 통제할 수 있도록 하는 것은 철학이 중요하지 않다.
일반 상대성 이론은 대규모 공간에서 눈부신 성공을 거두었고, 양자 이론은 미시세계에서도 눈부신 성공을 거두었다. 기본 입자는 양자 이론의 법칙을 따르고 우주론은 일반 상대성 이론의 법칙을 따른다. 그들 사이에 큰 차이가 있을 것이라고 상상하기 어렵다. 많은 과학자들은 양자를 결합하여 거시에서 미시에 이르는 모든 물리 법칙을 통일하는 새로운 이론을 만들고 싶어 한다. 하지만 지금까지 통일을 추구하는 모든 노력은 실패했다. 20 세기 물리학의 이 두 가지 주요 학과는 완전히 모순되기 때문이다. 우리는 새로운 이론을 찾을 수 있습니까? 기존의 두 이론보다 더 나은 이론을 찾을 수 있습니다. 두 이론을 모두 시대에 뒤떨어지게 만들 수 있습니다. 여러 가지 이론이 유행하기 전에 만났던 것처럼 말입니다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 과학명언)