[도전! 양자역학] 4화, 모든 곳에 존재하는 전자

달과 기린을 그려주신
@leesongyi 작가님 고맙습니다.

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전자들이 실제로 이 모든 곳에 있다?
말도 안되는 소리를 하는 거 보니,
이제 양자역학인가?

재미있는 실험을 보여줄 테니
한 번보고 잘 생각해 봐.

먼저 입자와 파동이 어떻게 다른지 알고 있어야 한다.

입자는 물질을 의미한다.
물질을 아주 작게 쪼갠 원자도 입자이고,
원자 안에 있는 전자나 양성자, 중성자도 입자다.

파동은 입자와 다르다. 파동은 입자가 아니라 운동이나 에너지가 전달되는 현상이다.

입자는 그 자체가 움직이지만,
파동은 에너지를 전달해 움직임을 만든다.

호수에 돌멩이를 던지면, 돌멩이가 떨이진 곳을 중심으로 동심원 물결이 만들어진다.

Image Credit : pixabay

물방울들이 이동하는 게 아니라 에너지가 옆에 있는 물방울들로 전달하며 움직임이 나타나는 것이다.

응?

야구장에서 파도타기 응원을 보면
물결치듯 사람들이 움직이는 것 같지만,
실은 사람들은 다들 제자리 있고,
잠깐 일어섰다가 앉는 거잖아.

물결 역시 물방울이
옆으로 움직이는 게 아니라,
위아래로 움직이는데
에너지가 옆으로 전달된다는 거지?

응.

나무에 긴 끈을 하나 묶어 놓고,
내가 위아래로 흔들면 파동이 만들어져
나무까지 가는 거야.

소리도 공기를 진동시켜 퍼져나가는 파동 현상이야. 이제 파동이 어떤 건지 감이 오나?

이미 아까부터 알았다고.

그럼 이제 입자와 파동이 어떻게 다른 현상을 만들어내는지 살펴보자.

야구 배팅 연습장에 가면 자동으로 야구공이 날라온다. 야구공 피칭 머신이다. 이걸 사용해 야구공을 던진다고 하자.

피칭 머신, Image Credit : Wikimedia Commons

두개의 벽이 있는데
중간벽에는 세로로 틈을 만들어 놓았다.

발사!

틈을 통과한 야구공들이 뒷 벽에 닿는다.
야구공에 페인트가 묻어 있다고 한다면
벽에 페인트 자국이 한줄 생길 것이다.

틈이 두 줄이라면 벽에도 두 줄.

이번에는 파동.

파동은 틈을 통과하면서 새로운 파동을 만든다.
틈이 하나만 있으면 가장 에너지가 센 가운데를 중심으로 옆으로 갈수록 점점 약해진다.
입자의 무늬와 다르지 않다.

물결이라면 물결의 높이가 가장 높은 데가 에너지가 가장 세다.

틈이 두 줄이라면
두 틈에서 만들어진 두 개의 파동이 서로 간섭하며
복잡한 무늬를 만든다. 간섭무늬

물결의 높이를 재면 에너지를 알 수 있다

입자와 파동은 분명 다른 무늬를 보여준다.

문제는 우리 눈으로 볼 수 없는 아주 작은 세상
양자 세계에서 일어난다.

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