지난 포스팅에서는 빛의 이중성을 배워 보았습니다. 파동이라고 믿었던 빛이 입자였더라, 어떨 땐 입자고 어땔 땐 파동이고 빛(파동)이 이중적인 성질을 가지고 있다는 것을 배웠지요.
신기하기도 자연은 대칭성을 띠고 있습니다.
그러면 빛이 입자이기도 하고 파동이기도 한 이중성을 띠고 있다면,
입자인 물질도 역시 입자이기도 하면서 파동의 성질을 가질 수 있더라는 대칭성을 추측해 볼 수 있습니다.
역시 입자인 물질도 파동의 성질을 가지고 있는데, 입자가 파동의 성질을 가지고 있을 때 이것을 "물질파"라고 부릅니다.
드브로이라는 학자가 발견한 물질파입니다.
이것은 물질파 확인 실험을 통해 알아볼 수 있습니다.
지난 시간에 파동을 설명하면서 배운 파동의 성질인 "회절과 간섭을" 통해 이를 설명할 수 있습니다.
물질파가 대표적으로 전자인데요, 모두 다 전자는 작은 알갱이로 알고 있습니다. 파동의 성질을 가지고 있더라 하는 것 입니다.
톰슨의 전자회절 실험과 데이비슨의 거머실험을 통해 입자의 회절과 간섭이 이루어진다. 즉 파동의 성질을 설명하고 있습니다.
위와 같은 일련의 실험을 통해 물질 역시 이중성을 띠고 있으며 물질의 파동성이라는것 입니다.
지난 포스팅에서 파동의 대표 물리를 설명할 때 "파장"이라고 말씀드렸습니다. 입자는 질량인데 파동의 파장과 같이 역동성을 주자 해서
질량과 속도를 곱한 운동량이 입자의 대표적인 물리적 성질입니다.
사실 파동과 입자는 양립할 수 없는 존재였습니다. 그러면 드브로이 물질파가 대단한것이 아닙니다.
아래의 식과 같이 파동의 성질과 입자의 성질이 반대적으로 간다라고 볼 수 있습니다.
하지만, 파동과 입자를 매개하는 상수 h(플랑크상수로)로 인해 위와 같은 식으로 변환할 수 있습니다. 그리하여 드브로이 물질파의 공식으로 구할 수 있으며, 물질인 입자가 파동성을 가질 때의 파장을 구하는 공식이기도 합니다.
운동량(P)를 질량과 속도의 곱으로 변환하면 위와 같은 공식이 나옵니다. 위 공식을 증명하게 되면,
위와 같이 증명 할수 있습니다.
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