현대 분광학에서의 가장 기본적인 개념은 transition dipole moment입니다. 이 값은 Einstein의 B 상수와 직접 연계되있읍니다. 즉 원자나 분자가 광양자를 받아 두 양자적 레벨 사이에서 전이가 일어날 때 TDM 값이 클 수록 전이확률이 커지며 이 값이 영에 근접한다는 것은 두 레벨 사이에 전이가 이루어질 수 없음을 나타냅니다.

이 개념은 매우 오랬동안 아무런 의심을 받지 않고 통용되어 왔는데 몇년 전 제가 이 개념 자체가 커다란 문제점을 가짐을 발견한 겁니다. 이제 그 설명을 하겠습니다.

TDM은 electric dipole moment vector를 initail orbital과 final orbital의 두 파동함수와 곱한 값을 그 주어진 양자계의 모든 공간에서 적분한 값입니다. 문제는...여기에 쓰이는 electric dipole moment(EDM)에 있습니다; 양자역학의 원리상 EDM의 평균값은 고전역학에서의 EDM 수식 자체를 바로 도입하여 오비탈의 파동함수와 함께 적분하는 과정을 거치지요. 그런데...여기서 고전역학 형태의 EDM에서의 electric field vector가 분자/원자에 쪼여준 빛(레이저 형태)의 선형 polarization을 대입하는데 심각한 문제가 있습니다.

어떤 문제냐구요? 그건 현행 물리학에서 광양자는 각운동량을 가진다고 알려져있기 때문이지요. 따라서 광양자 하나는 그 전기장이 회전하면서 공간을 진행하는데...오른쪽으로 회전하는 RCP(right circularly polarized) photon과 왼쪽으로 회전하는 LCP(left-circularly polarized) photon이 있다고 교과서에 나와있지요. 실제 레이저는 선형 편광(polarization)만을 가지는데 그 이유는 RCP와 LCP photon이 짝이 되어 vector sum으로서 선형의 성분만이 살아남기 때문이라 주장됩니다.

그렇다면...선형 편광을 이루기 위해서는 적어도 광양자 두개가 짝을 이룬 상태로 원자/분자와 상호작용해야 합니다. "하지만" 일반 분광실험에서 한 분자에 흡수 또는 방출되는 광양자의 수는 단 한개입니다. 즉...이러한 물리적인 개념에 맞는 electric dipole moment 연산자는...기존 이론처럼 선형 편광의 수식이 아닌, RCP 또는 LCP의 회전편광의 수식을 갖는 연산자로서 대입이 되어야 옳습니다.

교과서의 수식전개는 이러한 기본적인 관념에 정면 배치되어 진행되고 있습니다; 즉, 우리는 "비논리적인 개념"을 사용하여 분광학의 바벨탑을 쌓아왔던 겁니다. 그러나...흥미로운 것은 위 엉터리 계산의 transition dipole moment가 결과적으로는 일반 분광학 실험결과에 잘 들어맞는다는 사실입니다. 왜 그럴까요? 그건...잘못이 쌍으로 겹쳐져 각각에 내재된 문제점이 감추어진 탓입니다. 이를 위해 저는 양자역학의 기본인 보어의 양자가설 및 양자전이의 선택규칙의 오류를 추적해보일 겁니다...다음에 봐여.