도입

현대물리학이라 하면 물리의 어떤 특정 분야를 가리키는 말이라기보다는 비교적 최근의 - 그러니까 20세기 들어서부터의 - 물리들을 아울러 부르는 말이고, 현대물리학 수업이라 하면 그중에서도 중요한 발전들을 모아다 가리키는 수업인 것 같다. 타 학교의 커리큘럼은 본 적이 없지만 학교마다, 교수마다 조금씩 변할 수 있지만 그럼에도 불구하고 그 내용은 크게 변하지 않을 것 같다고 미루어 짐작하고 있다. 왜냐하면 어떠한 발전들이 유독 뛰어난지가 너무나 명확하기 때문.

 

플랑크가 양자의 개념을 도입해 흑체복사 실험의 결과를 설명해낸 사건,

아인슈타인의 상대성이론,

아인슈타인의 광자의 도입: 광전효과를 설명,

드 브로이의 물질파(이를 본 아인슈타인은 극찬을 했다고),

슈뢰딩거의 파동방정식: 수소원자 스펙트럼을 설명,

하이젠베르크의 불확정성 원리,

...

 

초기 양자역학은 천재들의 잔치로 눈부시게 뛰어난 발전을 이뤄냈고, 1960년대 파인만이라는 또다른 한 세대를 장식했던 천재가 양자전기역학을 완성시킨 뒤 분야가 점차 세분화되어 전 세대를 대표하는 천재는 그 이후로 크게 나타나지 않은 느낌이 든다. (물론 물리학사를 제대로 모르는 사실상 일반인으로서의 짧은 단상이다.)

 

아무튼 초기 양자역학의 발전에 대해 우리 학교 수업은 다루고 난 뒤 통계역학으로 넘어갔는데, 맥스웰-볼츠만 분포와 페르미-디락 분포를 유도한 후 마지막 하이라이트로 보즈-아인슈타인 분포의 유도와 고체의 열용량( ~3R~25) 을 유도하여 수업의 하이라이트를 장식했다. 여기까지가 시험 범위었고, 수업은 레이저의 짤막한 역사로 마무리. 이 후반부는 학교마다 차이가 클 것으로 보인다.

 

이 포스팅을 쓰려고 한 이유는 기말고사 공부를 대충해서 수업 후반부의 내용을 다시 복습하기 위해서. 통계역학 파트를 양자역학도 안배운 학부 2학년 수준으로 교수님이 어떻게 설명해낸 건지 이번 방학 때 복습하며 알아낼 필요가 있을 것 같아서다. 시험기간에 보즈-아인슈타인 분포 유도 필기에 빠진 부분이 있는 걸 보고 검색해보니 앙상블 개념을 쓰는걸 보고 충격을 받기도 했고...

 

여튼 이번 포스팅은 이미 고등학생 때부터 주구장창 배웠던 초기 양자역학 파트는 대차게 걷어내고,

1) 4-vector를 이용한 특수상대성이론 파트(momenergy 등)

2) 슈뢰딩거의 방정식 - 시간 의존형 방정식에서 시간 독립형 방정식으로 넘어가는 법

3) 수소원자 내의 전자의 파동함수 - spherical harmonics

4) 통계역학 전반

5) 고체의 열용량

을 다룰 예정이다.