행렬역학(matrix mechanics), 하이젠베르크, 불확정성원리, 보어의 원자모형
양자역학(量子力學)의 이론형식. 양자역학에서 물리량을 나타내는 연산자(演算子)를 행렬로 표현하면 물리량의 관계나 물리량의 시간변화를 나타내는 역학의 관계식은 수학적으로 행렬의 방정식이 된다.
이 행렬표시를 사용한 양자역학의 형식이 곧 행렬역학이다.
독일의 이론물리학자 W. K. 하이젠베르크는 N. H. D. 보어의 원자모형에서 출발하여 양자역학의 기본식을 도출했다.
보어의 원자모형에서는 고전역학의 방식에 따라 수소원자내의 전자를 전자의 좌표와 운동량으로 구해, 이 궤도 가운데 보어가 부여한 조건, 곧 양자조건에 따르는 불연속적인 것을 골라내어 그 궤도들을 전자가 취하는 정상상태로 간주하고, 전자가 이들 정상상태 사이를 전이(轉移)함으로써 빛을 방출·흡수한다고 본다면, 방출·흡수하는 빛의 에너지는 전자가 전이하는 정상상태 사이의 에너지의 차와 같다.
실험실에서 관찰된 흡수하거나 방출된 빛의 강도와 진동수를 배타적으로 다루었다. 전자는 보어의 원자 모형처럼 원자핵 주위의 양자화 된 궤도를 돌고 있는 것처럼 시각 화 할 수 있는 것이 아니다. 전자의 위치는 행렬(matrix)이라 불려지는 배열 안 숫자로 대체된다. 배열에 있는 각각의 숫자는 전자 에너지 레벨의 쌍의 속성이며 전자는 에너지 레벨의 쌍 사이를 점프할 가능성을 나타낸다. 각각의 숫자는 전자가 두 개의 레벨 사이로 점프 시 전자에 의해 방출된 빛의 관찰로부터 추론할 수 있다. 하이젠베르크는 측정 가능한 양의 관점으로 완전히 새로운 원자 이론을 만들었다.
하이젠베르크는 전자가 핵 주위를 돌고 있는 시각 화를 과감히 버리고 순수하게 수학적인 서술로 대치했다.
특이점은 어떤 양을 다른 양과 곱할 때 (AB) 연산 순서를 바꾼다면 (BA) 때때로 그들로 부터 얻어지는 결과는 다르다 (AB ≠ BA).
예를 들어 물질의 위치와 운동량으로 (위치 × 운동량 ≠ 운동량 × 위치)이다. 그러므로 연산 순서는 아주 중요하다
1925년 11월 보른, 요르단, 하이젠베르크 세 사람은 공저로 논문 "On Quantum Mechanics II"을 제출했다. 이 논문은 새로운 물리학에 대한 조약으로 원자의 속성을 유도해 낼 수 있었다. 하지만 파울리가 전자 스핀의 추가적인 개념을 도입할 때까지 이 새로운 행렬 역학을 원자 현상에 완전히 적용하지는 못했다.
불확정성원리
- 1927년 하이젠베르그는 전자와 같이 아주 작은 물질의 정확한 속도와 정확한 위치를 동시에 아는 것은 불가능하다는 불확정성 원리를 도입했다. 물질은 파와 입자의 이중성으로 입자는 퍼져나가는 웨이브 팻킷내 어딘가에 입자는 존재한다. 물질의 위치를 알면 속도가 바뀌어져 있고 속도를 측정하면 위치가 바뀌어져 있다. 측정 기술상의 문제가 아니라 본질적으로 존재하는 문제로 정확한 측정이 불가능한 것이다.
