막스 플랑크의 양자 이론이란?

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막스 플랑크(Max Planck)의 양자(量子) 이론

 

  

20세기가 시작될 즈음, 물리학자들은 당시까지 알려진 물리학(고전물리학이라 함) 이론으로는 설명되지 않는 물질과 에너지의 관계를 적극적으로 연구하기 시작했다. 그 중에 빛 에너지의 성질은  큰 수수께끼였다. 예를 들면, 입자(광자 photon)이면서 파(전자기파)인 빛은 연속적인 양(量 continuous quantity)인가 하는 의문이다.

 

독일의 물리학자 막스 플랑크(Max Planck 1858-1947)는 이 문제에 가장 먼저 접근한 과학자였다. 그는 1900년에 발표한 양자론(量子論 quantum theory)에서 빛은 연속적이 아닌 '개별적인 것'(discret bundle)이라고 하면서, 에너지의 최소 단위를 양자(量子 singular quantum, 복수는 quanta) 라 불렀다. 예를 들면, 빛의 광자 1개는 최소 에너지인 양자 1개이다.

 

막스 플랑크는 양자이론에서 ‘한 개의 양자(오늘날에는 광자光子 photon로 부름)가 가진 에너지(E)는 E = hf   라고 했다.

여기서 f 는 복사선(전자지파)의 주파수이고, h 는 상수(플랑크 상수)이다. 플랑크 상수의 값은 6.63×10^-34 줄/초이다. 그러므로 주파수가 높은 전자기파일수록 에너지가 크다.

 

막스 플랑크의 양자 이론이 발표되자 다른 과학자들도 곧 인정하게 되었다. 1905년에는 아인슈타인이 이 이론을 응용하여 광전효과(光電效果 photoelectric effect 광전효과 참조)를 발표했고, 닐스 보어(Niels Bohr 1885-1962)는 1913년에 원자의 양자 모델(원자의 전자 궤도 모델 참조)을 내놓았다.

 

막스 플랑크의 이러한 연구는 양자역학(quantum mechnics)이라는 새로운 물리학 분야를 탄생시켰다. 양자론에  대한 선구적인 연구로 그는 1918년에 노벨 물리학상을 수상했다. 플랑크는 반 나치주의자였지만 당시 고령이었기 때문에 히틀러에 대항하지 못하고, 카이저-빌헬름 연구소(오늘날의 막스 플랑크 연구소)의 소장으로 지냈다. 그는 죽기 몇 달 전, 유대계 친구들에게 자신의 유감스런 사정을 편지로 보냈지만, 그와 친했던 아인슈타인은 히틀러에 강력하게 항거하지 아니한 플랑크를 용서하지 못하고 그와 접촉하지 않았다.

 

 

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