40) 분광학자들의 궁금증 1900년도 초기의 분광학자들에게는 당시 이론으로는 설명할 수 없는 현상 하나가 있었다. 태양광이나 흑체에서 나오는 빛을 분광기를 통해 스펙트럼으로 나타내면 Figure 1의 첫 번째 스펙트럼과 같이 연속 스펙트럼을 얻는다. 즉 파장이 연속적으로 분포해 있다는 것이다. (태양 내부나 표면의 가스에 의해 일부 파장이 흡수되긴 하지만, 대부분 연속적인 파장을 갖는다.)그러나 진공 방전관에 수소 원자를 넣어서 얻은 빛을 스펙트럼으로 나타내면 두 번째 스펙트럼과 같이 불연속적인 선 스펙트럼을 얻고, 이 흡수선들의 분포에는 일정한 규칙이 존재했다. 1885년, 발머(J. Balmer)는 수소 원자 스펙트럼의 가시광선 영역에서 나타난 4개의 방출선(410.1nm, 434.0nm, 486...
39) 원자모형 https://youtu.be/Kz0bsNvJl_g?t=66 리처드 파인만(Richard Feynman)은 지구 멸망 직전 남길 한마디로 '모든 것은 원자로 이루어져 있다'를 택했다. 이번 포스트의 주제와 큰 관련은 없지만, 고대부터 현대까지 원자에 대한 이해와 탐구는 과학사에 있어서 중요한 위치를 차지해 왔다. 이 포스트에서는 물리학에서 원자라는 것의 정체가 어떻게 밝혀져왔고, 어떤 시행착오들이 있었는지 러더퍼드의 원자모형까지의 역사를 간략하게 살펴보고자 한다. 고대 그리스의 철학자였던 데모크리토스(Democritus)는 기원전 450년경, 더 이상 자를 수 없는 단단한 알갱이와 같은 'Atom'이란 개념을 제시한다. 물질을 이루는 최소 단위의 개념, 즉 현대물리학의 '양자'(Quant..
38) 컴프턴 효과 아인슈타인은 광전 효과를 훌륭히 이론적으로 설명하였지만, 광양자나 광전자에 대한 직접적인 물리양을 측정한 것은 아니었다. 실험으로 그 값을 측정하고 존재를 규명하는 것이 물리학에서는 매우 중요하므로, 아인슈타인에게 노벨상을 가져다 준 것은 단지 광전 효과를 설명하여 발표한 1905년의 논문만이 아니었을 것이다. 결정적인 계기는 1923년, 컴프턴(A. Compton)은 아인슈타인의 광양자 이론과 특수상대성이론을 바탕으로 빛이 입자의 성질을 갖는다는 것을 실험적으로 증명한 사건에 있었다. 이를 '컴프턴 산란'(Compton scattering), 혹은 '컴프턴 효과'(Compton effect)라고 부른다. 컴프턴은 위 그림과 같이 X선과 같은 전자기파를 원자에 충돌시키는 실험을 고안하..
36) 광전 효과 실험 1887년, 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz)는 전자기파에 대한 맥스웰의 이론이 옳은지 확인하기 위한 실험을 수행한다. 실험 장치는 위 그림과 같다. 두 개의 전극 사이에 고전압을 걸어 스파크 방전에 의해 전자기파를 만들고, 음극판에 자외선을 쏘아 스파크를 강화시키는 장치이다. 이때 음극판에 자외선 대신 동일한 세기의 가시광선을 쏘면 스파크가 강화되는 효과가 더 적게 일어났는데, 헤르츠는 이 효과를 빛이 금속표면에 닿으면 표면의 음전하가 전자기파의 에너지를 흡수해 탈출한다고만 결론내렸다. 즉 왜 자외선과 가시광선을 각각 쏘았을 때의 결과가 다른지에 대해서는 설명할 수 없었다. 전자기파의 존재를 확인한 장본인인 그 역시 빛은 파동이라는 사실을 믿었기에, 스파크 강화가 ..
34) 흑체 복사와 레일리 - 진스 공식 양자역학이 어떻게 학문으로써 대두될 수 있었는지에 대해 그 역사적 배경을 알아보고자 한다. 양자역학의 태동은 18세기에서 19세기, 산업혁명과 강대국들의 식민지 확장에 따른 제철산업의 발달로부터 일어났다. 국가의 과학기술의 발달은 곧 그 국가가 가지는 경쟁력과 비례하곤 한다. 자연스럽게 당시 유럽의 과학계 또한 국가적 사업을 뒷받침하기 위한 이론적 배경을 만드는 것에 집중되어 있었고, 따라서 열물리학이나 분광학과 같은 학문이 발전하게 되었다. '흑체 복사'(Black Body Radiation)에 관한 연구 또한 그 일련의 연구 중 하나였는데, '흑체'(Black Body)란 진동수와 입사 관계없이 모든 전자기파를 100% 흡수하는 이상적인 물체이다. 위 그림과 ..
