다른 사람들 의견

• 임호랑 (02-09-15 09:05)

    글쎄... 고전역학적으로 설명하자면, 텅빈 공간에서 전자 혼자 움직이는 것과, 전자들이 가득찬 공간에서 하나 비어있는 것(홀)이 움직이는 문제이거든요? 당연히 후자가 움직이는데 속도가 2-3배 느려질 수밖에 없고요.... 양자역학적으로는 조~ㅁ 복잡합니다. 홀은 전자의 공백상태가 아니라 하나의 입자로 이해되거든요? 실제 측정에서도 전자와는 다른 성질을 갖는 독립적인 입자의 성질을 갖는 것으로 나오고요. 이런 관점에서 둘 간의 차이를 양자역학적으로 보자면, 전자(일렉트론)는 격자내에서 랜덤한 운동을 하며 가해지는 전계 방향으로 평균적으로 이동을 하는 것이고, 홀은 격자와 전자들 속에서 역시 랜덤하게 전계 방향으로 평균적으로 움직이는 것이므로, 여전히 홀 한테 장애물이 더 많다고 볼 수 있습니다.

  글쎄... 고전역학적으로 설명하자면, 텅빈 공간에서 전자 혼자 움직이는 것과, 전자들이 가득찬 공간에서 하나 비어있는 것(홀)이 움직이는 문제이거든요? 당연히 후자가 움직이는데 속도가 2-3배 느려질 수밖에 없고요.... 양자역학적으로는 조~ㅁ 복잡합니다. 홀은 전자의 공백상태가 아니라 하나의 입자로 이해되거든요? 실제 측정에서도 전자와는 다른 성질을 갖는 독립적인 입자의 성질을 갖는 것으로 나오고요. 이런 관점에서 둘 간의 차이를 양자역학적으로 보자면, 전자(일렉트론)는 격자내에서 랜덤한 운동을 하며 가해지는 전계 방향으로 평균적으로 이동을 하는 것이고, 홀은 격자와 전자들 속에서 역시 랜덤하게 전계 방향으로 평균적으로 움직이는 것이므로, 여전히 홀 한테 장애물이 더 많다고 볼 수 있습니다.
• 백수 (02-09-15 10:34)

    굉장히 난해한 문제입니다. 홀의 현상학적인 이해를 하려면, electron hoping 이라는 이미지로 설명할 수가 있죠. 하지만 mobility 는 하나의 파라미터입니다. 수식속에 정의된 파라미터로서의 mobility 를 찾아내기 위해서는 그 수식을 정의하기 위한 다양한 전제조건을 모두 만족시키는 파라미터를 찾아내어야 하는 것이죠. 양자역학의 세계에서는 고전역학적인 관찰이 불가능합니다. 따라서 양자역학에서의 관찰은 고전역학에서의 파라마터 추출과정과 같은 것으로 관념적으로 이해하시면 됩니다.

  굉장히 난해한 문제입니다. 홀의 현상학적인 이해를 하려면, electron hoping 이라는 이미지로 설명할 수가 있죠. 하지만 mobility 는 하나의 파라미터입니다. 수식속에 정의된 파라미터로서의 mobility 를 찾아내기 위해서는 그 수식을 정의하기 위한 다양한 전제조건을 모두 만족시키는 파라미터를 찾아내어야 하는 것이죠. 양자역학의 세계에서는 고전역학적인 관찰이 불가능합니다. 따라서 양자역학에서의 관찰은 고전역학에서의 파라마터 추출과정과 같은 것으로 관념적으로 이해하시면 됩니다.
• 임호랑 (02-09-15 18:51)

    마자요. 홀을 고전역학적으로 보는 것 자체가 무리입니다. 하지만, 양자역학이라는 것이 워낙 관념적, 수학적이다 보니, 눈에 쏙 안들어와서... 설명은 고전역학적으로 하는게 좀 쉽죠. 물론 항상 틀린 설명이죠. ^^ 그걸 알고 들어주면 안틀리는거고.

  마자요. 홀을 고전역학적으로 보는 것 자체가 무리입니다. 하지만, 양자역학이라는 것이 워낙 관념적, 수학적이다 보니, 눈에 쏙 안들어와서... 설명은 고전역학적으로 하는게 좀 쉽죠. 물론 항상 틀린 설명이죠. ^^ 그걸 알고 들어주면 안틀리는거고.
• 소요유 (02-09-15 19:50)

    양자역학에서 물리적 실체에 대한 개념을 이해하기 쉽지 않습니다. 임호랑님 말씀대로 전통적인 개념으로 전환하여 이해하면 좀 쉽게됩니다. 예를 들면 전자의 스핀을 전자의 '자전'으로 이해하면 '편리'한 것 처럼 말이죠. 사실을 전자의 회전으로 이해하기 어려운 점들이 있습니다.  어째든 '홀'을  양자역학에서  전자가 들어갈 '가능성' =  '양자역학적 상태' 에 촛점을 맞추면 가능성만으로 물리적 실체가 됨을  알 수 있습니다. 

  양자역학에서 물리적 실체에 대한 개념을 이해하기 쉽지 않습니다. 임호랑님 말씀대로 전통적인 개념으로 전환하여 이해하면 좀 쉽게됩니다. 예를 들면 전자의 스핀을 전자의 '자전'으로 이해하면 '편리'한 것 처럼 말이죠. 사실을 전자의 회전으로 이해하기 어려운 점들이 있습니다. 어째든 '홀'을 양자역학에서 전자가 들어갈 '가능성' = '양자역학적 상태' 에 촛점을 맞추면 가능성만으로 물리적 실체가 됨을 알 수 있습니다.
• 소요유 (02-09-15 20:06)

    이와 비슷한 예가 통계역학에서 정의하는 '상태'들을 물리적 실체로 생각할 수 있습니다.  여기서 홀은 전자가 가질 수 있는 상태로 볼 수 있고, 기회가 있다면 언제든지 전자가 그 곳을 차지하여 들어갈 수 있으므로 가능성으로서의 물리적 실체로 인정할 수 있습니다.  고전역학에서 '포텐셜에너지'과 같은 상황이 되는 셈이지요.  모빌리티를 간단하게 실제 운동으로 이해한다면 고전적으로  고체에 전자는 전기장이 걸리면 자유전자는 마치 'free particles'처럼 움직일 수 있습니다. 그런데 홀의 이동은 이론적으로 앞에 원자에서 전자 하나가 빠져 나가, 전에 있는 원자의 홀을 메꾸어냐 이동하는 것이므로 이론적으로  '앞의 원자에서 전자가 들뜨는데 걸리는 시간과 이 전자가 전에 원자의 홀을 채우는 데 걸리는   

  이와 비슷한 예가 통계역학에서 정의하는 '상태'들을 물리적 실체로 생각할 수 있습니다. 여기서 홀은 전자가 가질 수 있는 상태로 볼 수 있고, 기회가 있다면 언제든지 전자가 그 곳을 차지하여 들어갈 수 있으므로 가능성으로서의 물리적 실체로 인정할 수 있습니다. 고전역학에서 '포텐셜에너지'과 같은 상황이 되는 셈이지요. 모빌리티를 간단하게 실제 운동으로 이해한다면 고전적으로 고체에 전자는 전기장이 걸리면 자유전자는 마치 'free particles'처럼 움직일 수 있습니다. 그런데 홀의 이동은 이론적으로 앞에 원자에서 전자 하나가 빠져 나가, 전에 있는 원자의 홀을 메꾸어냐 이동하는 것이므로 이론적으로 '앞의 원자에서 전자가 들뜨는데 걸리는 시간과 이 전자가 전에 원자의 홀을 채우는 데 걸리는
• 소요유 (02-09-15 20:11)

    시간이 들게 됩니다.  따라서 전자가 자유롭게 움직이는 것보다 느리게 움직이게 됩니다.  즉 홀입장에서는 (사실은 같은 전자가 만드는 현상입니다) 모든 원자들이 포텐셜을 갖는 우물과 같이 작용하므로 '마차 자갈 길을 가는 차'와 같게 됩니다. 이에비하여  전자는 free way를 달리는 자동차격이겠죠.

  시간이 들게 됩니다. 따라서 전자가 자유롭게 움직이는 것보다 느리게 움직이게 됩니다. 즉 홀입장에서는 (사실은 같은 전자가 만드는 현상입니다) 모든 원자들이 포텐셜을 갖는 우물과 같이 작용하므로 '마차 자갈 길을 가는 차'와 같게 됩니다. 이에비하여 전자는 free way를 달리는 자동차격이겠죠.
• ska (02-09-15 20:51)

    hole이 실제로 존재하는 물질인가요? 만약 존재한다면 질량도 측정이 가능한가요?

  hole이 실제로 존재하는 물질인가요? 만약 존재한다면 질량도 측정이 가능한가요?
• 임호랑 (02-09-15 23:35)

    Hall 효과에서 측정된 바에 의하면, hole을 '전자의 공백상태'가 아닌, '실존하는 입자'로 봐야하는 결과가 나왔습니다. 그래서 입자물리학이 더욱 타당성을 얻게 된 측면도 있는데, 즉 우리가 입자라고 부르는 전자, 양성자 같은 것들도 아무것도 없는 공간상에 존재하는 것들이 아니라, 정입자와 반입자가 가득찬 진공속에서 '생멸을 거듭하는 존재'로서 가치를 가진다는 것이죠. 즉 '상대적 존재론'입니다. hole이 electron pool속에 있으나, electron이 space pool에 있으나 마찬가지라는 것입니다. 즉 다 가득찬 가운데 비어있는 자리는 '새로운 존재'가 되는 것입니다.

  Hall 효과에서 측정된 바에 의하면, hole을 '전자의 공백상태'가 아닌, '실존하는 입자'로 봐야하는 결과가 나왔습니다. 그래서 입자물리학이 더욱 타당성을 얻게 된 측면도 있는데, 즉 우리가 입자라고 부르는 전자, 양성자 같은 것들도 아무것도 없는 공간상에 존재하는 것들이 아니라, 정입자와 반입자가 가득찬 진공속에서 '생멸을 거듭하는 존재'로서 가치를 가진다는 것이죠. 즉 '상대적 존재론'입니다. hole이 electron pool속에 있으나, electron이 space pool에 있으나 마찬가지라는 것입니다. 즉 다 가득찬 가운데 비어있는 자리는 '새로운 존재'가 되는 것입니다.
• 소요유 (02-09-15 23:41)

    '입자'인지를  생각해보려면 역시 양자역학으로 돌아가야 겠죠.  양자역학과 특수상대론에서는 입자와 파동, 질량과 에너지를 구별하지 않습니다.  양자역학과 상대론에서 이러한 결론을 두고 왜 아직도 '소립자' ( sub-atomic 'particles')라고 쓸까요 ?  그것은  인간, 정확하게는 서양의 개념에서 적당히 표현할 '용어'가  없기때문에 '현상과 개념은 현대'이되 용어는 고전적인 것을 쓴다고 봐야죠. 아참, 소립자에서 이들 소립자는 현대적 의미에서 볼 때 여러가지 성질을 갖는 단지 '에너지 덩어리'로 나타내 집니다. 따라서 반대로 일정한 성질을 공유하는 '에너지 덩어리'는 입자처럼 '기술'할 수 있습니다. 

  '입자'인지를 생각해보려면 역시 양자역학으로 돌아가야 겠죠. 양자역학과 특수상대론에서는 입자와 파동, 질량과 에너지를 구별하지 않습니다. 양자역학과 상대론에서 이러한 결론을 두고 왜 아직도 '소립자' ( sub-atomic 'particles')라고 쓸까요 ? 그것은 인간, 정확하게는 서양의 개념에서 적당히 표현할 '용어'가 없기때문에 '현상과 개념은 현대'이되 용어는 고전적인 것을 쓴다고 봐야죠. 아참, 소립자에서 이들 소립자는 현대적 의미에서 볼 때 여러가지 성질을 갖는 단지 '에너지 덩어리'로 나타내 집니다. 따라서 반대로 일정한 성질을 공유하는 '에너지 덩어리'는 입자처럼 '기술'할 수 있습니다.
• 소요유 (02-09-15 23:49)

    (앗 그 사이에 임호랑님이 올리셨군요) 즉, 현대물리학에서 물질 (= 입자)이냐 아니냐는 중요한 것이 아닐 수 있습니다. 다만 중요한 것이 정지질량일 따름입니다. 각설하고, 임호랑님의 설명처럼 이러한 홀은 결국 '어떤 물리적 성질을 공유하고 있는 에너지를 갖은 물리적 실체'로 인정할 수 있으므로 양자역학적 '입자'로 볼 수 있습니다.  좀더 익숙하게 설명하면, 입자와 반입자, 예를 들며 (음)전자의  양전자의 관계는 여러가지 면에서 물리적으로 비슷하면서 반대의 성질을 갖게 되며, 이들이 현실세계에서 만나면 '쌍소멸'되어 광자 2개를 방출하게 됩니다. 

  (앗 그 사이에 임호랑님이 올리셨군요) 즉, 현대물리학에서 물질 (= 입자)이냐 아니냐는 중요한 것이 아닐 수 있습니다. 다만 중요한 것이 정지질량일 따름입니다. 각설하고, 임호랑님의 설명처럼 이러한 홀은 결국 '어떤 물리적 성질을 공유하고 있는 에너지를 갖은 물리적 실체'로 인정할 수 있으므로 양자역학적 '입자'로 볼 수 있습니다. 좀더 익숙하게 설명하면, 입자와 반입자, 예를 들며 (음)전자의 양전자의 관계는 여러가지 면에서 물리적으로 비슷하면서 반대의 성질을 갖게 되며, 이들이 현실세계에서 만나면 '쌍소멸'되어 광자 2개를 방출하게 됩니다.
• 소요유 (02-09-15 23:54)

    이와 마찬가지로 전자-홀은 만나면 '쌍소멸'하고, 광자 (에너지)를 (하나) 방출하게 됩니다. 즉 물리적으로 이 둘 사이는 전혀 다른 점이 없습니다.  이와 비슷한 것이 phonon이 있습니다.  현대물리학에서 입자는 '양자화된 에너지'라 할 수 있습니다. 양자화란 '뛰엄 뛰엄 존재하는 에너지 덩어리'로 이해할 수 있습니다. 소립자에서 바로보는 우리의 모습이 그렇구요. 즉 소립자의 종류는 이렇게 뛰엄뛰엄 떨어져 있는  에너지 덩어리가 몇개 있는가 일것이고요.

  이와 마찬가지로 전자-홀은 만나면 '쌍소멸'하고, 광자 (에너지)를 (하나) 방출하게 됩니다. 즉 물리적으로 이 둘 사이는 전혀 다른 점이 없습니다. 이와 비슷한 것이 phonon이 있습니다. 현대물리학에서 입자는 '양자화된 에너지'라 할 수 있습니다. 양자화란 '뛰엄 뛰엄 존재하는 에너지 덩어리'로 이해할 수 있습니다. 소립자에서 바로보는 우리의 모습이 그렇구요. 즉 소립자의 종류는 이렇게 뛰엄뛰엄 떨어져 있는 에너지 덩어리가 몇개 있는가 일것이고요.
• 소요유 (02-09-16 00:10)

    뱀다리 : 아참 이 '홀'이 전자나 양성자처럼 자연상태에서 발견될 것이라는 기대는 버리십시오. 이 홀은 '고체' (반도체)라는 세계에서만 존재하는 넘입니다.

  뱀다리 : 아참 이 '홀'이 전자나 양성자처럼 자연상태에서 발견될 것이라는 기대는 버리십시오. 이 홀은 '고체' (반도체)라는 세계에서만 존재하는 넘입니다.
• 건달 (02-09-16 09:12)

    정공은  허깨임당. 물리적 실체가 아닙니다.  정공으로  Hall 효과를 설명할 수 있다는 생각은 착각이죠.^^

  정공은 허깨임당. 물리적 실체가 아닙니다. 정공으로 Hall 효과를 설명할 수 있다는 생각은 착각이죠.^^
• 임호랑 (02-09-16 09:20)

    건달님! 고전물리학적으로는 정공은 허깨비입니다만, 양자역학에서는 그렇지가 않습니다. Hall효과에서 정공이 단지 전자가 결핍된 상태에 불과하다면, p나 n 타입에 따라 같은 자장, 같은 전류방향에 대해 출력전압의 극성이 바뀌는 것을 설명할 수 없습니다. 물리전자 교과서에도 나오는 얘기입니당! 이를 제대로 이해하려면, 진공이 텅빈 공간이 아니라, 정입자와 반입자로 충만한 '완전한 상태'라는 것에 대한 소립자 물리학적 이해가 선결되어야 합니다. 우리가 믿고 있는 '실체'라는 것과 '존재', '입자'라는 것이 얼마나 찰라적인 존재고, 부자연스러운 정의이며 허깨비같은 상태인지 먼저 이해가 필요합니다. 즉, 실체로 믿고 있던 것은 허깨비이고, 허깨비같은 것이 실재한다는 역설적인 사실이 양자역학이 설명하고 있는 바죠.

  건달님! 고전물리학적으로는 정공은 허깨비입니다만, 양자역학에서는 그렇지가 않습니다. Hall효과에서 정공이 단지 전자가 결핍된 상태에 불과하다면, p나 n 타입에 따라 같은 자장, 같은 전류방향에 대해 출력전압의 극성이 바뀌는 것을 설명할 수 없습니다. 물리전자 교과서에도 나오는 얘기입니당! 이를 제대로 이해하려면, 진공이 텅빈 공간이 아니라, 정입자와 반입자로 충만한 '완전한 상태'라는 것에 대한 소립자 물리학적 이해가 선결되어야 합니다. 우리가 믿고 있는 '실체'라는 것과 '존재', '입자'라는 것이 얼마나 찰라적인 존재고, 부자연스러운 정의이며 허깨비같은 상태인지 먼저 이해가 필요합니다. 즉, 실체로 믿고 있던 것은 허깨비이고, 허깨비같은 것이 실재한다는 역설적인 사실이 양자역학이 설명하고 있는 바죠.
• 건달 (02-09-16 11:46)

    바로 그 점이  문제입니다. 실제로  정공은 허깨비인데  이 개념으로 설명이 안되니까  진공의 어떤 상태와 연관이 있다고 어설프게 추측을 하는 것이 문제입니다. 그리해서 올바르게 이해할 수 있는 방법을 놓친 건 아닌지 모르겠네요. 결정에  자장을 가함으로서 변하는  결정 내의  포텐셜 등의 변화로  그런 현상이 나타날 수도 있는거죠.  정공 개념을 쓸 필요없이...안그래요?^^       

  바로 그 점이 문제입니다. 실제로 정공은 허깨비인데 이 개념으로 설명이 안되니까 진공의 어떤 상태와 연관이 있다고 어설프게 추측을 하는 것이 문제입니다. 그리해서 올바르게 이해할 수 있는 방법을 놓친 건 아닌지 모르겠네요. 결정에 자장을 가함으로서 변하는 결정 내의 포텐셜 등의 변화로 그런 현상이 나타날 수도 있는거죠. 정공 개념을 쓸 필요없이...안그래요?^^
• 임호랑 (02-09-16 13:14)

    결국 '실체'나 '존재'라는 것이 무엇이냐?의 문제이군요. 양자역학적으로 볼 때 '존재'라는 것은 시공간상의 하나의 확률로 표현되고, 측정하는 행위에 따라 영향을 받는 허깨비같은 상태입니다. 항구적이고 절대적인 '존재'라는 것은 더 이상 가능하질 않죠. 어쩌면 우리가 생각하니까 존재하는 것이지, 생각 안했다면 존재하지 않을지도 모릅니다. 소립자에서부터 이 우주가 다 몽땅! (유심론에서는 이렇게 주장합니다만...) 정공이든 격자든 다 모델에 불과합니다만, 적당히 측정되고 관계성이 보이면 '실체'로 봐줍니다. 왜냐? 편리하니까... 단지 그것뿐....

  결국 '실체'나 '존재'라는 것이 무엇이냐?의 문제이군요. 양자역학적으로 볼 때 '존재'라는 것은 시공간상의 하나의 확률로 표현되고, 측정하는 행위에 따라 영향을 받는 허깨비같은 상태입니다. 항구적이고 절대적인 '존재'라는 것은 더 이상 가능하질 않죠. 어쩌면 우리가 생각하니까 존재하는 것이지, 생각 안했다면 존재하지 않을지도 모릅니다. 소립자에서부터 이 우주가 다 몽땅! (유심론에서는 이렇게 주장합니다만...) 정공이든 격자든 다 모델에 불과합니다만, 적당히 측정되고 관계성이 보이면 '실체'로 봐줍니다. 왜냐? 편리하니까... 단지 그것뿐....
• 소요유 (02-09-16 14:32)

    그렇습니다. 현대과학에서 '존재'라는 것보다 변화하는 '현상'에 더 괸심을 갖게됩니다. 이게 20세기초 양자역학이 서양철학에 가져다 준 충격적인 변화입니다. 즉 이 현상이 물리적 실체로 인정된다는 말입니다.  위에서 예로든 '전자의 스핀'은 그 존재가 전자의 자전이냐 아니냐가 중요한 것이 아니라 그 현상이 고전역학적인 대전된 구의 자전과 같이 현상으로서 '자기적인 특성'을 갖는다는 것 뿐입니다. 그래서 사실 이 거시적인 현상과 미시적인 현상 두 현상이 물리적으로 연결될 수 없음에도 불구하고 그 현상이 비슷하므로 그냥 고전적이고 전통적인 의미에서  그렇게 이름 붙였을 따름입니다. 즉 양자역학에서는 입자와 같은 행동을 하면  '입자로 기술하고 과학적 실체로 이해'할 수 있습니다. 그게 양자역학적 모델이구요.

  그렇습니다. 현대과학에서 '존재'라는 것보다 변화하는 '현상'에 더 괸심을 갖게됩니다. 이게 20세기초 양자역학이 서양철학에 가져다 준 충격적인 변화입니다. 즉 이 현상이 물리적 실체로 인정된다는 말입니다. 위에서 예로든 '전자의 스핀'은 그 존재가 전자의 자전이냐 아니냐가 중요한 것이 아니라 그 현상이 고전역학적인 대전된 구의 자전과 같이 현상으로서 '자기적인 특성'을 갖는다는 것 뿐입니다. 그래서 사실 이 거시적인 현상과 미시적인 현상 두 현상이 물리적으로 연결될 수 없음에도 불구하고 그 현상이 비슷하므로 그냥 고전적이고 전통적인 의미에서 그렇게 이름 붙였을 따름입니다. 즉 양자역학에서는 입자와 같은 행동을 하면 '입자로 기술하고 과학적 실체로 이해'할 수 있습니다. 그게 양자역학적 모델이구요.
• 건달 (02-09-16 16:13)

    전자나 양성자나    자기모멘트가 있지만  그것이 스핀에 의한 것인가  아니면  내부구조가 있어서 인지는  확실하지 않다고 봐야죠.  '현상'이든 '존재'든  설명하려고  무리하게 가상입자를 도입하다보니 우스꽝스런  양자전기역학이 만들어졌다고 생각됩니다.  아 글쎄  노벨상씩이나  받은 이론치고는 수학적으로  억지를  쓰는 폼이 참 가관입디다.  재규격화한다고  무한대를  유한한 수치로 밟아 눌러도  가상광자가  정지지량을 갖지 않으면  또 식이 발산하게 되어 있더군요. 좀 딱해보이데요. 얼마나 방법이 없으면  말아넣고도(재규격화)  발산을 하까요.  이건 완존히  코미디입디다.  그래 놓고도  주는 노벨상음은  확실히 받았데요.  쫌  창피한 줄 알아야하는데...       

  전자나 양성자나 자기모멘트가 있지만 그것이 스핀에 의한 것인가 아니면 내부구조가 있어서 인지는 확실하지 않다고 봐야죠. '현상'이든 '존재'든 설명하려고 무리하게 가상입자를 도입하다보니 우스꽝스런 양자전기역학이 만들어졌다고 생각됩니다. 아 글쎄 노벨상씩이나 받은 이론치고는 수학적으로 억지를 쓰는 폼이 참 가관입디다. 재규격화한다고 무한대를 유한한 수치로 밟아 눌러도 가상광자가 정지지량을 갖지 않으면 또 식이 발산하게 되어 있더군요. 좀 딱해보이데요. 얼마나 방법이 없으면 말아넣고도(재규격화) 발산을 하까요. 이건 완존히 코미디입디다. 그래 놓고도 주는 노벨상음은 확실히 받았데요. 쫌 창피한 줄 알아야하는데...