3-3-2. 물질의 이중성
[ 물질파 / 드브로이 파 / 입자 파동성의 응용 ]
[ 물질파 ]
앞장에서 배운 광전효과로 인해 파동인줄 알았던 빛이 입자의 성격을 가지고
있다는 사실이 밝혀졌어요. 그러면 일상생활에 보이는 대부분의 물질들은
입자잖아요. 야구공, 탁구공, 더욱 작게는 분자, 원자, 전자들까지....
그러면 반대로 입자도 파동성을 가지지 않을까하고 생각한 사람이 있었어요.
1923년 드브로이는 물질도 파동의 성격을 가지므로 운동할 때 생기는 파동을
물질파 또는 드브로이파라고 하며, 파장은 질량과 속도에 반비례할 것이라고
생각하여 다음과 같은 식을 만들었습니다.
파장 = 비례상수 / ( 질량 x 속도 )
λ = h / mv
박찬호가 던진 야구공이 자세히보면 파동을 치며 날아갑니다. 그 파장은 위의
공식으로 구할 수 있습니다. 파장이 너무 작아 우리가 인식을 못하는 것뿐이죠.
따라서 작은 세계일수록 파동의 성격이 강하게 나타나는 것이죠. 이 거대한
우주에서 보면 태양주위로 공전하는 지구도 파동치며 돌고 있음을 볼 수 있을
겁니다. 사실 지구는 태양주위로 파동치며 도는데 이것을 장동운동이라고 합니다.
입자인 전자가 파동성을 가지므로 회절, 간섭무늬 등의 현상을 일으킨다는 것이
실제로 1927년 경 데이비슨, 거머 , 톰슨 등에 의해 발견되었습니다.
이런 현상을 이용하여 전자현미경이 만들어지게 되었습니다.
광학현미경은 빛을 이용하기 때문에 회절현상이 잘 일어나 0.00025 mm 이하의
물체는 흐려져서 더 이상 관찰이 불가능합니다. 그러나, 전자현미경은 전자를
이용하므로 전자의 물질파는 파장이 짧아 0.0000005 mm 정도까지도 관찰할 수
있습니다. 물론 그 이하는 전자의 물즐파도 회절현상이 일어나 물체가 흐려지므로
관찰이 불가능해집니다. 파장이 짧은 파 일수록 더 세밀한 관측이 가능한 것입니다.
키를 잴 때 1 m 간격보다는 1cm 간격의 자가 훨씬 더 정확한 것과 같은 원리입니다.
또한 금속에 쪼인 중성자의 회절현상을 이용하여 금속의 결정구조를 연구하는데
이는 중성자의 파동성을 이용한 것입니다. 우리 인류는 이렇게 물질의 파동성을
여러 분야에서 다양하게 응용하게 될 것입니다.