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과학

물질파

물질파과학
영어
Matter wave
다른 이름
드브로이 파동
파장
λ=h/p
h
플랑크 상수
물질파는 전자처럼 질량을 가진 입자도 파동적인 성질을 보인다는 개념이다. 운동량의 크기 p와 대응 파장 λ는 드브로이 관계 λ=h/p로 연결된다. 전자 회절은 물질의 파동적 성질을 보여 주는 대표적인 현상이다.

운동량과 파장

같은 종류의 입자라도 운동량이 커지면 대응하는 파장은 짧아진다. 비상대론적 속도에서는 p≈mv를 쓸 수 있지만 높은 속도에서는 상대론적 운동량을 사용해야 한다. λ=h/p의 p를 언제나 mv로 바꾸는 것은 올바르지 않다.

전자 파장의 예

질량 약 9.11×10⁻³¹ kg인 전자가 1.0×10⁶ m/s로 움직인다면 비상대론적 운동량은 약 9.11×10⁻²⁵ kg m/s다. h≈6.63×10⁻³⁴ J s를 쓰면 파장은 약 0.73 nm다. 이런 짧은 길이에서 전자의 간섭과 회절을 관측할 수 있다.

회절이 주는 의미

결정에 입사한 전자가 특정 각도에서 강한 산란을 보이는 현상은 격자 간격과 물질파의 파장 사이 간섭 조건으로 설명된다. 전자를 작은 공처럼만 그리는 고전적 모형으로는 이 무늬를 설명하기 어렵다. 검출 사건이 개별적으로 기록된다는 사실과 회절 무늬는 양립한다.

매질의 진동은 아님

물질파를 원자가 주변 매질을 흔드는 고전적 파동과 동일시하면 안 된다. 양자역학에서는 상태와 측정 확률을 파동함수로 다룬다. 또한 파동의 위상속도를 입자의 실제 이동속도와 그대로 같다고 놓는 해석도 피해야 한다.

관련 문서

양자역학 / 전자 / 운동량 / 파장 / 회절 / 간섭 / 결정 / 컴프턴 효과