최무영 교수의 물리학 강의_15강 발제

micales
2022-02-07 00:00
258

 알아보다 보니 정말 끝이 없네요... 더 알아보는 것도 흥미로울 것 같습니다. 더군다나 올해 여름에 오실 김상욱 교수님이 이미 카오스에 대해서 강의를 한 적이 있으시더라고요.

제가 미처 찾아보지 못한 용어들의 정의들, 차분 방정식(계차 방정식), 부다브로, 그리고 랴푸노프 지수(Lyapunov exponent) 등에 대해서도 알아볼 수 있다면... 무리인가요?

https://en.wikipedia.org/wiki/Lyapunov_exponent

댓글 9
  • 2022-02-07 11:52

    읽는 페이지수를 줄이고 세미나 텐션이 떨어질까봐 걱정했는데... 

    다른 분들 말씀처럼 읽기가 더욱 재미있어 지네요. 

    연휴사이에 양자역학부분은 2번을 더 읽었으니, 처음 읽은 것을 포함 3번이네요. 

    방정식은 그냥 눈으로 훑으며 전혀 신경쓰지 않는 신통술이 있다는 것도 새삼 깨달았구요. 

    그래서 물리학에 대한 이해의 간극, 그 부족함을 메꾸지 못하겠구나 다시 한 번 생각했습니다. 

     

    가령 광전효과와 콤프턴 효과의 차이에 대해 지난 세미나 때 걷는이님이 질문을 했었지요. 

    저는 그 때 인터넷에 흔히 돌아다니는 그림을 가지고 설명했었는데요. 이번에 다시 그 부분을 읽으면서 몇가지 의문이 생겼습니다. 

    (316p)왜 어느 때는 전자(만) 튀어나오고 어느 때는 전자와 광자(포톤)가 튀어나올까? 

    광전효과의 기본 원리는 빛을 쪼이면 전자가 튀어나온다는 간단한 것입니다. 

    그러나 실제 실험에서는 파길이(파장)이 긴 빛은 아무리 강하게 쏘여도 전자가 튀어나오지 않은 거죠. 

    왜 그럴까? 일정한 진동수 이상의 전자기파를 쏘여한다는 것. 

    이 결과가 왜 입자설의 증명하지? 왜냐하면 빛이 파동성질로만 존재한다면 작은 빛이든 큰 빛이든 쏘여주면 연속적으로 에너지가 방출되어야 하기 때문이죠. 하지만 실험 결과는 일정량 이상이 되어야 빛 에너지에 반응하는 전자? 그렇다면 빛에너지가 불연속성을 가졌구나! =>알갱이!!

    그렇다면 왜 콤프턴 효과는 어떤 의미가 있는 걸까요? 

    제가 지난 시간에 걷는이님에게 설명할 때 썼던 그림에서 저는 한 가지 착각 혹은 잘못 이해하고 있었습니다. 

    짧은 파장의 빛을 쪼여주면 긴 파장으로 포톤이 튕겨나가는 현상의 원리에 대해서요. 

    우선 콤프턴 실험에서도 짧은 파장의 빛을 쪼이면 전자가 튀어 나오는 것은 광전효과와 같습니다. 

    그런데 짧은 파장의 빛이 전자와 충돌한 후 파장이 길어진다는 것에 대해 막연하게 생각했습니다. 

    그때 당구공이 다른 공을 맞으면 그 다음에는 힘이 약해지겠지... 하고 말입니다. 이때 제가 한 가지 생각하지 못한 것이 있습니다.

    바로 그 공을 맞을 때 생기는 각도에 따라 공의 위치가 제 각각이라는 것이죠. 

    콤프턴 실험과 그 방정식을 살펴보다가 코싸인 각도를 구하는 것을 보고서야 제가 각도를 생각하지 못했다는 것을 알았습니다. 

     316p에서 콤프턴 효과를 설명한 후 최교수가 에너지와 운동량을 구하는 것을 설명하는 이유는  입사하는 빛과 방출하는 빛의 차이점은

    에너지 보존법칙에 따른다는 설명을 하기 위함인 거죠. 뒤 이어 빛알 개수를 N으로 넣은 에너지 공식도 빛 에너지의 입자성과 불연속성을 이해하는 데 도움이 됐습니다. 

    자, 그럼 처음 질문으로 돌아가서 왜 콤프턴실험에서는 전자뿐만 아니라 광자(포톤)가 튀어나올까요? 

    제가 지난 시간 발제한 부분이 전자기장(마당이론)이었잖아요. 그때 마지막 부분에 그 파장에 따라 짧은 건 감마, 엑스선 등등이고

    파장이 긴 건 라이오주파수 등이라고 했잖아요. 콤프턴 실험에서 엑스선과 감마선 등 짧은 파장의 강력한 빛에너지를 실험에 사용했고, 

    이런 강력한 빛에너지의 입사는 광자의 방출을 야기한 것이지요.. 저는 이런 생각까지 해보았습니다. 어떤가요? 맞을까요? 

     

    원래 질문은 스핀에 관한 걸 하려고 했는데... 다른 분들 올리는 질문을 보고 추가 질문이 필요한 것 같으면 더 올릴게요^^

     

    아무튼 책을 더 자세히 볼 수 있으니 더욱 물리학이 재미있어집니다. 

    특히 이번 발제 혼돈과 질서는 제가 올해 2학기때 <장자>세미나를 할 계획이라 더욱 흥미진진하게 읽었습니다. 

    러셀과 화이트헤드, 특히 화이트헤드의 과정철학과 노자의 생성철학이 어떻게 만나는지도 궁금해졌구요.

    <노자>특강은 이번 주 목요일 시작됩니다. 4월엔 노자 세미나도 공지에 올라와 있죠^^

    아무튼 화이트헤드라는 사람을 그냥 흘려보냈는데, 다시 읽으며 밑줄 쳤던 부분들을 한 번 더 들여다보니 제게 의미있게 다가오네요. ㅎㅎ

    잡아 끌어서 앉혀주신 분들, 감사드려요^^

  • 2022-02-07 12:09

    메모도 아닌, 딱히 질문도 아닌...  올립니다.

    저는 이번 파트 읽으면서 이 얘기가 생각났습니다.
    오래된 철학적 질문이라고 하더라구요.
    "아무도 없는 울창한 숲 속에서 커다란 나무가 쓰러지면 과연 소리가 날 것인가?"

    • 2022-02-07 18:08

      처음 들어보는 철학적 질문이예요. 

      질문까지 읽어보니까 혹시 결정론이든 비결정론이든 무슨 상관일까? 뭐 이런 생각이실까 싶어서

      김상욱 교수의 글을 남겨봅니다. 

      https://www.dongascience.com/news.php?idx=6086

      카오스 이론에 관한 건데, 양자역학이 미시를, 고전역학이 거시를 나타낸다면 카오스는 중시세계를 표현하는데 유용하다는 내용이예요. 

  • 2022-02-07 13:12

    13강 양자역학입니다

  • 2022-02-07 13:15

    양자역학에 대해서 넓고 얕게는 안다고 생각했는데 14강 측정과 해석을 읽고 제대로 몰랐구나 싶었습니다.

    코펜하겐 해석이 전부인줄 알았지 해석에 대해서 생각해본적이 없었는데 아니 다른 해석이 있는지조차 몰랐죠 ㅎㅎ 역시 차원이 다르다!

    이러한 것에 이야기한 물리학자는 한명도 못봤습니다. 그냥 양자역학이 뭔지 대충 이야기하느라 바빴지

    319p 스키의 비유처럼 전자가 두 길중 하나로 지나간게 아니라 둘로 다 지나간다.

    이것을 어떻게 해석할것인가?

    현실에서는 의미나 해석을 생각하지 않고 슈뢰딩거 방정식으로 전자의 상태함수를 구해서 어떠한 식으로 분포될지만 파악하여 반도체나 화학의 실제 생활에 응용합니다.

    그래서 최무영 교수는 불확정성 원리가 있다고 해서 예측 불가능이 아닌 결국 양자역학도 결정론이라고 하는데 과연 결정론인 걸까요?

     

    • 2022-02-07 17:05

      이 이야기를 좀더 진전시켜보면, 

      측정할 때 상태함수가 붕괴(와해/환원, 330p) 되고 고유함수(고유값)로 바뀌게 되죠. 

      이로써 상태함수일 때 확률로만 말할 수 있던 존재가 고유값을 얻게 되고 고전역학의 범위에 들어오게 됩니다. 

      최무영 교수는 이때문에 양자역학을 고전역학과 마찬가지로 결정론이라고 주장하는데, 저 역시 양자역학을 오해했다는 생각을 했습니다. 

      그런데 우리가 한 가지 생각해볼 것은요. 상태함수는 경로함수와 달리 계의 상태만을 말해주잖아요. 그렇다면은 상태함수는 확률로만 말할 수 있다고 했으니, 하이젠베르크가 말하는 불확정성의 원리, 즉 위치와 운동량을 정확히 말할 수 없으며 확률적으로만  표현할 수 있다고 할 때도 마찬가지로 이들은 선형방정식으로 나타내고 있습니다. 하이젠베르크의 행렬역학 역시 선형방정식의 선상에 있습니다. 

      (이번에 알게 됐는데, 하이젠베르크가 굳이 어려운 행렬을 길을 간 이유는 아인슈타인과 마찬가지로 슈뢰딩거도 알갱이 이론을 너무도 싫어했다는 군요.

      그래서 하이젠베르크와 슈뢰딩거도 2세대 양자역학의 대들보이지만 이 둘의 관계는 마치 보어와 아인슈타인과의 관계와 같았다고 하네요.)

       

      (361~363P)아무튼 하이젠베르크의 불확정성의 원리는 위치를 정확히 잴 수 없다거나 운동량, 속도를 정확히 잴 수 없다는 의미가 아니예요. 

      둘 다 정확히 잴 수 있어요. 그러나 동시에 정확히 잴 수 없다는 거죠. 하나를 측정하면 다른 하나의 상태가 바뀌는 거죠. 

      이러한 상태함수의 붕괴를 어떻게 봐야할까요? 확률역학? 통계역학은 결정론인가요? 비결정론인가요? 최교수는 결정론이라는 견해를 피력하고 있지요. 

  • 2022-02-07 13:37

    빛이나 전자는 상황에 따라 파동 혹은 입자로 존재합니다. 공부하던 시기에 우연히 법상스님의 말씀을 듣게 되었는데 스님은 파동의 상태를 <가능성>이라고 말씀하셨어요. a로 갈지 b로 갈지 ab로 동시에 갈지 ab 어디 곳으로도 안갈지 무한한 가능성을 지닌 상태.. 순간 띵~ 파동이라는 것은 그런 의미로 받을 수도 있겠다 싶었는데 상태함수를 두번 미분해는 항을 통해 잠재에너지를 구하는 내용이 나오더라고요.. 

    질문:

    1. 잠재에너지를 가능성으로 설정하고 이해해도 될까요?
    2. 양파나 물에게 사랑과 저주를 보내는 실험이 있는데 <측정>의 순간 빛, 전자의 길이 정해진다면 측정하는 자의 에너지에 따라 모든 가능성의 결과가 영향을 받게 되는 걸까요?

     

  • 2022-02-07 14:13

    노자 도덕경 1장을 화이트헤드적 시각으로 해석한 책도 있네요. 

    <노자가 묻는다 - 화이트헤드 철학을 담은 도덕경 해설서, 자연의 IQ는?>

     

    아래는 인터넷에 떠다니는 글인데요. 우리가 노자는 몰라도 도덕경 1장은 알잖아요. 

    도가도 비상도 라고... 심심풀이로 읽어보세요.  무명도 무상도 나오고 재밌어요. 

    =============================================

     Ⅲ 화이트헤드적 시각에서 본 노자 도덕경

        1) 구체자와 보편자의 구별

      화이트헤드는 그의 대표작 『과정(過程)과 실재(實在)』Process and Reality에서 <구체자(具體者)로 전도(顚倒)된 오류(誤謬)>fallacy of misplaced concreteness를 말하고 있다. 우리의 의식에 포착된 사물이나 사건은 사물이나 사건 자체가 아니라 개념이며 명제이다. 이 개념과 명제는 추상(抽象, abstraction)된 보편자로서 머리 속에서만 존재하고 실재세계(實在世界, Real world)에 구체자로 존재하지 않는다. 그런데도 우리들뿐만 아니라 많은 철학자들조차 그 보편자가 구체적으로 실재한다고 착각하고 있다고 화이트헤드는 지적하고 있다.

      그는 이런 이유가 움직이지 않는 것 즉 부동(不動)의 것을 근원적으로 보는 사고 때문이며, 사물이나 사건이 변해가고 있는 과정(過程)이 실재(實在)라는 사실을 놓치고 있기 때문이라는 것이다. 필자가 보기에 과정이 실재라는 이 점을 노자는 분명히 알고 있으며, 그것을 명쾌한 언어로 표현하고 있는 것이 노자 도덕경이다. 특히 자신의 책을 읽기 위해서는 여기에서 출발해야한다는 점을 1장에서 밝히고 있다.  

        2) 화이트헤드적 시각에서 본 노자 도덕경 1장 해설

    위에서 언급한 노자 도덕경 해설 중에 노자 도덕경 연구로 박사학위를 받았고 그 이후에도 계속 도덕경에 대한 연구에 심혈을 기울이고 있는 김학목의 글을 기본 텍스트로 참조하면서 비판적으로 수용하겠다.    

    ❶ 道可道, 非常道.  ❷ 名可名, 非常名.  ❸ 無名天地之始.  ❹ 有名萬物之母.

    ❸ 常無欲以觀其妙.  ❹ 常有欲以觀其徼.  ❷ 此兩者同出而異名.  ❶ 同謂之玄, 玄之又玄, 衆妙之門.

      어떻게 표현하든지 도라고 할 수 있는 도는 ‘항상된 도(常道)가 아니고, 어떻게 명명하든지 이름이라 할 수 있는 이름은 ’항상된 이름(常名)이 아니다. 이름 없음이 만물(天地)의 시작이고, 이름 있음이 만물의 어미이다. 그러므로 항상 ‘어떤 것의 하고자 하는 것이 없음’[無欲]에서는 그것으로 ‘사물이 시작되는 미묘함’[妙]을 살펴서 헤아리고, 항상 ‘무엇인가 하고자 하는 것이 있음’[有欲]에서는 그것으로 ‘사물이 되돌아가서 끝나게 되는 종결점’[徼]을 살펴서 헤아린다. 위의 두 가지는 나온 곳은 같은데 (시작은 어미의 기반이 되기 때문에) 이름을 다르게 붙였으니, (둘을) 하나로 합쳐서 그것을 ‘아득함’이라고 이른다. 그러니 아득하고 또 아득함은 온갖 미묘한 것들이 나오는 문이다.

    ❶ 道可道, 非常道.

      화이트헤드에 의하면 “道라 할 수 있는 道”는 우리 머리 속에 있는 관념인 보편자이다. 그것은 구체적인 실재(實在)의 도가 아니다. 실재의 도는 항상 변화해 가고 있다. 변화의 과정(過程)을 겪는 그 道가 머리에 포착되는 순간 정지해 버린다. 생생하게 살아 움직이는 도 자체는 고정되면서 죽어버린다.

    ❷ 名可名, 非常名.

      우리는 그 고정되면서 죽은 관념에 이름을 붙인다. 다르게 말해 어떤 것에 이름을 붙이기 위해서는 그 어떤 것이 지니고 있는 많은 부분을 떼어내고 본래적인 속성5)만 추출하는 작업을 하게 된다. 이것을 추상(抽象)작업이라고 한다. 노자는 우주의 근원인 도가 끝없이 움직여 가는 그 자체인데도 혹시 이름에 매일까하여 “이름 붙일 수 있는 이름”은 이름이 지칭하는 그 자체일 수 없다는 점을 강조하고 있다.

     

    ❸ 無名天地之始.

      이름 없는 것이 실재이며 이것이 세계의 시작이다. 이름이 없다는 것은 의식에 선명하게 떠오르지 않는다는 것이다. 의식에 선명하게 떠오르지 않는다는 것은 관념으로 사물들의 차이가 분명히 드러나지 않았다는 것이다. 그래서 도덕경 25장에 유물혼성, 선천지생(有物混成, 先天地生)이라는 구절이 있다. 천지보다 앞서 생겼는데 사물이 혼돈되게 섞여 있다는 것이다.    

    ❹ 有名萬物之母

    이름 있는 것은 의식에 선명하게 떠올랐다는 것이다. 의식에 선명하게 떠올랐다는 것은 관념으로 사물들의 차이가 분명히 드러났다는 것이다. 사물들의 차이가 분명히 드러나면서 만물의 구별이 되기 시작했으므로 만물이 생기기 시작한 것이다. 이것을 일러 만물의 어미라고 표현한 것이다. 

    그러므로

    ❸ 常無欲以觀其妙.

      항상 구별하고자 함이 없어야 혹은 이름 붙이고자 하지 않아야, 그 사물 자체를 볼 수 있다는 것이다. 물론 사물 자체는 머리에 선명하게 떠오르지 않는 묘(妙)함으로 남아 있겠지만 말이다.

    ❹ 常有欲以觀其徼.

      항상 구별하고자 함이 있어야 혹은 이름 붙이고자 해야 그 사물의 본성을 선명하게 이해할 수 있다는 것이다. 물론 이 때 떠올린 사물이 사물자체와 거리가 있어 오해하기 쉽겠지만 말이다.

    ❷ 此兩者同出而異名.

      이름이 있거나 없거나, 선명하게 구별되거나 구별되지 않거나 관계없이 이 둘은 동일한 것(自然 : 있는 그대로)으로 이름을 붙이고 붙이지 않고의 차이뿐이다.   

     

    ❶ 同謂之玄, 玄之又玄, 衆妙之門.

    이름을 붙여도 오해하기 쉽고 이름을 붙이지 않아도 이해하기 힘든 깊고 깊은 것이 도이니 이름에 매이지 않는데서 출발해야 이 책을 읽어가면서 생기는 여러 가지 난문을 통과할 수 있다.     

     

  • 2022-02-07 15:27

    늦어서 죄송합니다. 

번호 제목 작성자 작성일 조회
347
<코스모스> 두번째 시간 후기 (4)
곰곰 | 2024.01.22 | 조회 185
곰곰 2024.01.22 185
346
<코스모스> 첫 번째 세미나 후기 (1)
효주 | 2024.01.15 | 조회 191
효주 2024.01.15 191
345
<뉴턴의 프린키피아> 세 번째 후기 - 타원과 쌍곡선 (2)
곰곰 | 2023.12.19 | 조회 194
곰곰 2023.12.19 194
344
<과학세미나> 시즌3. 우주와 교감하는 천문학 - 코스모스와 명왕성 (11)
여울아 | 2023.12.12 | 조회 1059
여울아 2023.12.12 1059
343
<뉴턴의 프린키피아> 두 번째 후기-원과 타원 (2)
여울아 | 2023.12.12 | 조회 148
여울아 2023.12.12 148
342
<뉴턴의 프린키피아> 첫번째 후기 (2)
곰곰 | 2023.12.04 | 조회 195
곰곰 2023.12.04 195
341
아이작 뉴턴 두번째 시간 (2)
우연 | 2023.11.22 | 조회 150
우연 2023.11.22 150
340
<뉴턴평전>뉴턴은 뉴턴주의자가 아니다 (2)
여울아 | 2023.11.20 | 조회 160
여울아 2023.11.20 160
339
과학 세미나 - 아이작 뉴톤 읽기 질문 (2)
우연 | 2023.11.14 | 조회 136
우연 2023.11.14 136
338
뉴턴 과학세미나 첫 시간 공지합니다~
여울아 | 2023.11.09 | 조회 169
여울아 2023.11.09 169
337
과학세미나 - 아이작 뉴턴 읽기 (6)
여울아 | 2023.10.23 | 조회 966
여울아 2023.10.23 966
336
<두 새로운 과학> 넷째날 PART2, 마지막 후기 (2)
곰곰 | 2023.07.13 | 조회 254
곰곰 2023.07.13 254
글쓰기