_과학포럼 입니다.
오.. 과학포럼 생겼네요!!!!!!! 질문!!!8
- [* 비회원 *]
- 등록일 2015-07-22 23:32
- 조회수 1084
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파워링크 
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봄나들이
전자기장 또는 중력장과 입자의 파동에 대한 혼동을 느끼시는 이유는 장과 입자 모두 파동이라는 이야기를 들으셔서가 아닐까 생각이 됩니다.
전자기장의 고전적인 의미는 전기 또는 자기력이 미치는 범위라고 생각하시면 될 것 같습니다. 만약 어떤 공간에 전하가 정지해 있다면 그 주변을 중심으로해서 무한대의 공간까지 시간에 따라 변하지 않는, 즉 static한 전기장이 발생하게 됩니다. 이러한 static field를 modulation해주면(즉, 전하의 운동상태를 변화시켜주면) 전하가 만들어내는 field도 함께 modulation이 일어나게 됩니다. 이 때 field가 modulation하면서 공간을 통해 전파될때 파동의 형태로 전파되기 때문에 전자기파라고 부릅니다. 예를 들면, 잔잔한 호수가 있으면 호수에 있는 물은 시간에 따라서 움직이지 않으니까 static한 상태라고 볼 수 있고 거기에 돌멩이를 한 개 던지면 돌멩이에 의한 호수의 disturbance 또는 modulation에 의해 물결의 파동이 발생하는 걸 볼 수 있고 이를 물결파라고 부릅니다. 또는, 기둥에다 밧줄을 매달아놓고 줄을 팽팽하게 잡아당겨서 static한 상태로 만든다음 흔들어주면 역시 줄을 타고 진행하는 파동을 볼 수 있지요. 물론 이 두 가지 예는 전자기파에 완전히 대응시키긴 어렵습니다. 기본적으로 전자기파는 매질이 필요없으니까요. 다만 우리가 직접 경험할 수 있는 역학적인 파동에서 매질의 modulation이 역학적 파동을 만드는 것과 유사하기 전자기장의 modulation이 전자기파를 만들어 낸다는 것을 설명하고 싶었습니다. 입자의 파동은 흔히 드브로이 물질파라고 얘기하는데 이는 양자역학적으로 입자의 위치 또는 운동량의 상태를 나타내는 함수가 파동함수의 형태로 주어지기 때문입니다. 특히 입자의 파동이라고 하면 흔히들 위치에 대한 파동함수를 의미하지요. 이 파동함수는 슈뢰딩거 방정식의 해를 통해서 알아내게 되는데 입자가 어느 위치에 존재할 확률이 시간에 따라 파동의 형태로 진행하기 때문에 이러한 표현을 사용하는 것입니다. 일단 전자기파나 입자의 물질파나 다 파동이라는 말을 쓰지만 전자기파와 물결파, 지진파가 모두 파동이면서 성격은 완전 다른 것처럼 전자기파와 입자의 물질파 역시 그것들이 내포하는 물리적 의미는 전혀 다른 것입니다. 따라서, 궁금하신 점에 대한 답을 간단히 드리자면... "입자의 '파동'과 입자의 '장'이 과연 무슨 차이인지 궁금합니다." ---> 본문의 앞부분을 봤을 때 입자의 '파동'과 전자기'장'의 차이를 궁금해하시는게 아닐까 싶은데요.. 만약 입자의 파동과 입자의 장의 차이에 대해 궁금하신거라면 상대론적 양자역학이 포함된 양자 장론에 대한 이해가 필요하기도 하고 지금 단계에서 논의하기엔 뭔가 너무 멀리 와버린 느낌이 들기 때문에 양자역학적 파동과 전자기장의 차이에 대해 간단하게 요약을 드리겠습니다. 전자기 장은 말 그대로 전자기력이 영향을 미치는 범위로 생각하시면 되고 이 전자기장에는 전자기적 에너지도 포함이 되어있고 전자기파의 형태로 공간을 통해 퍼져 나갈 수도 있습니다. 양자역학적 파동 역시 우리가 기본적으로 알고있는 파동의 성질을 만족하기 때문에 파동이라고 부르는 것이고 이 파동은 입자의 위치에 대한 확률파, 운동량에 대한 확률파 등이 될 수 있습니다. 결국 같은 말이 반복되게 되는데 전자기파나 양자역학적 파동이나 파동이라는 공통점이 있지만 물리적인 의미는 다르다는 것을 다시 한 번 말씀드리고 싶습니다. "간단히 얘기 하자면 '전자기장'과 흔히들 말하는 '전자파'의 차이는 무엇인가요??" --> 전자파(전자기파)안에 전기장과 자기장이 포함되어 있다고 생각하시면 됩니다. 역으로 전기장과 자기장이 파동의 형태로 진행하면(pulse 포함) 이를 전자기파라고 합니다. "전하를 띈 물질(자석, 전자석 같은거)의 전자기력이 미치는 범위가 전자기장이잖아요. 그러면 그 전자기장은 전자기력을 전달하는 범위이고 그렇다면 그 전자기장은 수많은 광자들이 서로 왔다갔다 하고 있다는 뜻인가요? 광자는 전자기력의 매개입자니까.." --> 전하가 가만히 있으면 전기장은 형성되겠지만 전하의 운동상태가 변하지 않는다면(가속도가 생기지 않는다면) 전자기파는 형성이 되지 않습니다. 그러니까 수많은 광자들이 서로 왔다갔다 하고 있을 필요는 없지요. 광자는 전자기력의 매개입자라기 보다는 전자기파(또는 전자기파의 에너지 전달)의 매개 입자라고 생각하시는게 더 정확합니다. "만약 그렇다면 현시대는 광자의 파동이라고 할 수 있는 '전파'를 주고 받으면서 수많은 통신을 하니까 그 사이에는 당연히 전자기장이 형성되어야 한다고 생각하는데 그러진 않거든요." --->전파는 전자기장 안에서 움직이는게 아닙니다. 전파(전자기파)는 아무것도 없는 공간에서도 움직일 수 있어요. 다만 전파 자체에 전자기장이 포함되어 있는 것입니다. 근데 보통은 전자기파를 발생시키기 위해서 전자기장을 형성시킨 전하를 modulation시키기 때문에 전자기파가 진행하는 공간 사이에 전자기장이 형성되어야 한다는 말은 반정도는 맞는 말인 것 같습니다. "'광자'가 전자기력의 매개입자라면 우리는 지금 모든 통신기기를 사용할 때 '전파' 즉, 광자를 이용하는데 왜 전자기력이 형성되지 않는가 하는....." ---> 광자는 전자기력의 매개입자라기 보다는 전자기파의 에너지의 매개입자입니다. 전자기파를 이용한 통신에서 전자기파는 전기장과 자기장을 포함하고 있기 때문에 당연히 전자기력이 형성이 됩니다. 무선 통신 과정에서 안테나가 전파를 수신하는 원리를 보면 전자기파의 형태로 진행하는 통신 신호가 안테나에 도달하게 되면 (보통 도체로 만들어진)안테나 내부에 있는 전자가 전자기파의 전자기력을 받아 전자기파와 같은 진동수로 흔들리게 되고 도체에서 전자가 흔들리게 되니까(움직이니까) 이게 바로 전기적인 통신신호가 되는 것입니다. 저도 많이 아는것은 아니지만 물리에 관심이 있는 사람 입장에서 답을 달아봤습니다. 혹시 제가 쓴 내용중에 잘못된 내용 있으면 알려주세요. 저 역시 배우면서 알아가고 싶습니다. |
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 정신나간낙타
보충하면 고전역학은 위치(또는 속도)에 관심이 있고 물질파는 이를(또는 모멘텀) 확률적으로 기술할 수 있게 해 줍니다. (고전) 장이론은 입자간의 반응에 관심있습니다(뜬금없이 힘을 주고 받는 게 아니라 장을 매개로 주고 받는다는). 따라서 양자장론은 반응에 대한 확률로 기술합니다.(위치 이런게 아니라, 물론 가능은 하지만 크게 의미가 없습니다) 그래서 마치 화학을 하는 것 같죠. 파인만 다이어그램은 이런 가능한 반응을 나열한 것이 됩니다.
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실제로 영향이 없더라도, 그 영향이 미치는 것이 가능하다면, 해당 장에 포함이됩니다.
"파동"은 실제의 출렁임의 전달 과정입니다.
"장"과 "파동"은 엄연히 다른 개념입니다 ~
전자파가 발생하지 않더라도, 이미 발생 가능한 상태만으로도 전자기장은 성립하며,
전자기장 내에서만 전자파가 도달이 가능하겠습니다.
제가 학사 레벨이라, 혹시나 제가 너무 표면만 보고 있는 것일 수도 있어요 ^^;
질문의 의도와 맞았나 모르겠네요 ㅎㅎ
전하를 띈 물질(자석, 전자석 같은거)의 전자기력이 미치는 범위가 전자기장이잖아요. 그러면 그 전자기장은 전자기력을 전달하는 범위이고 그렇다면 그 전자기장은 수많은 광자들이 서로 왔다갔다 하고 있다는 뜻인가요? 광자는 전자기력의 매개입자니까..
만약 그렇다면 현시대는 광자의 파동이라고 할 수 있는 '전파'를 주고 받으면서 수많은 통신을 하니까 그 사이에는 당연히 전자기장이 형성되어야 한다고 생각하는데 그러진 않거든요. 이게 궁금합니다. '광자'가 전자기력의 매개입자라면 우리는 지금 모든 통신기기를 사용할 때 '전파' 즉, 광자를 이용하는데 왜 전자기력이 형성되지 않는가 하는.....