또 딴지입니다. (죄송!)


일단 양자역학에서의 물리적 현상과 개념을 이해하기 위해서는 그대로 고전역학에 해당하는 특정 물리량혹은 개념에 비유하면  우리가 이해하기 쉽지만 간혹 혼동하여 그 개념을 정확히 알 수 없는 경우가 있습니다.

대표적인 것이 각운동량이라는 양입니다. 고전적으로는 회전운동에 의하여 생성되는 운동량으로 이해하면 이해하기 쉽습니다. 마찬가지로 양자역학이 다루는 미시세계에서 각운동량을 해당입자가 거시세계에서 회전하는 것과 같은 '회전'이라고 이해할 수 있느냐 입니다.

결론은 '없다' 입니다.

즉 우리가 '회전'이라고 생각하는 거시적인 세계의 물리적 현상을  수학적으로 표현할때 생성되는 '수학적 표현'과 유사한 수학적 표현이 미시적 세계을 기술하는 수학적 표현에 나타났을 뿐입니다. 즉 두 현상을 정확하게 일치하는 현상이 아니고 독립적인 '물리량 혹은 현상' 입니다. 다만 우리가 그런 미시세계의 새로운 물리량에 대하여 다루어 본적이 없기 때문에  거시세계, 즉 우리가 살고 있는 세계에서 흔히 볼 수 있는 현상에 '빗대어' 이해하려는 노력으로 봐야합니다.

분광학에서  순전히 양자역학적인 전개는 수학적으로  time depandant Schoroedinger Equation을 풀게되어 있습니다.  이 방정식은 비선형 미분방정식이 됩니다.  간단히 풀리지 않으므로 force term을 급수전개해서 적당한 곳까지 잘라서 쓰는 'pertubation theory (섭동이론)'를 쓰게 됩니다. 이 섭동이론은 원래 천체역학에서 3체 이상의 천체가 있는 중력계를 해석적으로 풀때 쓰는 방식입니다. 마찬가지로 고전적으로 보면 분광학은 다체문제입니다.

이렇게 항을 전개하면 상수항 다음에 첫번째 항이 고전적인 electric dipole potential이 되고, 다음 term이  magnetic dipole term과 electric quadrapole term 이렇게 전개됩니다.  첫번째 항을 이용하여 방정식을 풀면 우리가 잘아는 '선택룰 selection rule'이 나타나고, 다음term들이 'forbidden trasition (금지천이)'이 됩니다. 이 금지천이가 나중에 레이저의 생성 메카니즘과 상관 있습니다.   

그런데 이렇게  한개의 광자가  개입하는 경우말고,  두 개이상의 광자가 개입하는 경우는  좀더 복잡한 방정식을 갖게되고, two photon emission과 같은 재미있는 현상들이 나타납니다.  허용된 천이는 물론 금지천이나  두 광자 천이 등은 지상에서는 보기 힘들지만 천체현상에서는 아주 자주 일어나는 현상입니다.
   
어째든지  양자역학으로 돌아가면 개념적으로 광자를 하나로 분리할 수 없습니다. 즉 어떤 경우에든지 광자하나를 분리하여 실험할 수 없습니다.  다시말하면 꼭집어서 좌시성인 광자를 골라낼 수 없다는 말입니다. 우리가 말할 수 있는 것은 다만 확률입니다.

다시 전자의 천이, 즉 광자와의 상호작용을 개념적으로 설명하면  슈뢰딩거 방정식보다 하이젠베르그의 개념을 차용한  디랙의 브라&겥벡타 표현으로 이해하면 더 잘 이해할 수 있습니다. 이과정에서 전자천이 혹은 광자와의 상호작용은  그 원자에서  전자가 갖을 수 있는 가능한 모든 레벨로 천이될 확률이 있고 (실제 불확정시간내에 천이되어었다가), 최종적으로 가장 확률이 높은 레벨로 천이하게된다는 것입니다. 따라서 그때 개입하는 광자가 우시성이거나 좌시성이 아니라 이들의 파동함수의 합으로 나타내 집니다. 즉 하나의 광자로 분리해낼 수 없다는 뜻입니다.

여기서 광자의 '회전'은 실제로 거시세계에 보는 바와 같은 회전이 아니라는 것입니다.