소요유님의 고마우신 조언에 이어서...(저는 무척 즐겁습니다)

글쓴이
유종완
등록일
2002-04-06 19:35
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저는 time-dependent Schrodinger equation을 통한 양자계의 기술 자체에 문제가 있다고 봅니다. 실제 photon이 빛의 속도로 움직인다면 size contraction에 의하여 단일점이 되지 않을까요? 이 경우 양자역학의 불확정성 개념과 정면으로 배치되지요. 이 때문에 아인슈타인이 하이젠버그의 개념에 신뢰를 두지 않은 듯 합니다. 저는 이 딜렘마를 나름대로 고민하다...진공에서의 빛의 속도 자체의 불확정이 가능할거라 생각했지요; 최근 빛의 상수보다 더 빠른 관측치가 발표되어 내 추측이 옳음을 알 수 있었읍니다.

Quantum electrodynamics 이론은 photon 등과 같은 입자를 연속상의 공간으로 기술하는데...여기에 문제 자체가 있다고 봅니다. 즉, time-gating 과 같은 어정쩡한 수학 기법으로 실제 자연현상의 본질을 흐리고 있다고 보는 것이지요. 90년대에 큰 기대를 모았던 ultrafast spectroscopy가 급격히 사라진 것은 그 실험치의 중요성 자체가 낮아서가 아닌, 그 실험결과를 위와 같은 부적절한 이론의 틀에서 해명하고자 했던 잘못이라고 봅니다. 저 또한 매우 중요한 data 들을 다수 얻었음에도 불구하고 이를 제대로 발표할 수 없었지요; 기존 이론으로 해명할 수 없었기 때문입니다. 이 문제로 15년 가량을 고민하고 있으며...지금 제가 쓰는 글은 그 오랜 사추에 기인합니다.

transition dipole moment 개념은 원래 1-photon 작용의 개념입니다. 따라서 소요유님이 의문을 제기한 것은 적절치 못하며...일반적으로...수학적인 애매모호함을 무기로 삼아 기성의 물리적인 개념을 옳다고 둘러대는 궤변 자체가 현대 자연과학의 frontier에서 가장 큰 학문적 장애요인이 된다고 봅니다; 즉, 이젠 자연과학에도 같은 현상을 놓고 이를 해명하는 과정에서 기존이론을 마치 "성서"처럼 모시고 옹호하는 자세보다는...기존이론을 단지 "제1설" 정도로만 놓고 그에 대한 논리적 반박의 입장을 "제2설" 등등으로 놓고...공평한 입장에서 그 논리적 치밀함을 비교분석하려는 포용력이 있어야 한다고 봅니다.

단 두가지 예를 들지요.
첫째...양자역학에서의 공간양자화 개념은 모든 입자의 각운동량 양자수가 1의 단위로 증감한다 하지요. 현재 이론으로는...photon은 +1과 -1 만이 있읍니다. 이 경우 photon의 각운동량은 "수학적인 개념...운운"하여 이를 특별취급하여 양자론의 핵심공리를 회피하려는 발상은 "기존이론"에 집착하려는 의도에 불과합니다.(만일 위의 의문점을 반박하고자 한다면...보다 명확한 논리전개가 필요하단 말입니다). 그렇지 않다면...일단 반박하려는 입장을 접어두고...공평한 제3자의 입장에서 이 두 주장을 자기 나름대로 포섭하려는 노력이 필요하다는 겁니다.

둘째...time-dependent QM 이론을 물리적 개념으로 재해석하면...excited state는 전자가 orbital의 중첩상에 위치하여 확률밀도의 oscillation을 겪음에 따라 spontaneous emission을 겪는다 하지요; 이건 최근의 time-dependent single molecule fluorescence 실험에서 허구로 밝혀졌습니다. 빛을 흡수한 분자는 통계적 불확실성에 따라 임의의 싯점에 형광 photon을 하나 내보낼 뿐입니다. 이는...기존의 양자이론이...그 누가 이의 수학적 형식을 어떻게 설명하여 변명하려 하든지...실제는 고전역학적인 파동의 개념을 단일입자에서의 분광학적 현상에 우격다짐 격으로 뚜드려 맞추려는 것에 불과하다는 것이지요. 나는 이 현상을 molecular resonator 개념을 창안하여 이에 trapped 된 photon의 tunneling-assisted photon detrapping 현상으로 추정하고 있습니다. 이 경우 위의 실험에 대한 설명이 가능해집니다.

내 이론 전체의 맥락은 아직 거의 밝히지 않았지만...현재까지의 내 설명으로 미루어 마치 이것이 타누지의 dressed quantum state theory와 유사하다고 생각하실 겁니다. 실은 그가 노벨상을 받기 훨씬 이전에 나는 photon trapping 개념을 세웠었고...가장 큰 차이점은 photon의 각운동량에 대한 커다란 관점차이에 있습니다. 만일 내 해석이 옳음이 명확히 증명될 수 있다면...타누지의 이론 대신 나의 atomic/molecular resonator 이론이 분광학의 새 출발점이 될 수 있겠지요; 이의 증명실험은...아무래도 single-molecule spectroscopy가 될 것으로 보이며 현재 제가 국내의 두 연구진과 초보적인 연락만 주고받은 상태에 있음을 밝힙니다.

  • 소요유 ()

      우선 첫번째 문제는 양자역학과 상대론과의 불일치적인 현상 일겁니다.  즉 photon이 빛의 속도로 움직인다면 size가 0가 되어야한다는 생각하게 되는데 양자역학적으로 보면 photon은  운동량만 정확하게 정의됩니다. 즉 불확정 원리에 의하여  photon의 위치는 전 우주로 퍼지게됩니다. 이는 고전적으로 photon이  plane wave로 기술되게 되므로 당연하게 그렇게 됩니다. 따라서  (양자역학적인) photon 자체에 상대론을 적용하는 문제는 좀더 복잡한 문제가 될 것 같습니다.  또 한가지 상대론에서의 문제가  빛의 속도로 달리는 경우에 시간의 문제가 아직 해결되지 않았습니다.

  • 소요유 ()

      저는 수학이 물리학에서는 그저 도구일 따름이라고 봅니다.  문제는 수학이 자연을 기술할 만큼 정교하지 못한 면도 있다고 봅니다. 저는 기본적으로 실험을 믿는 사람입니다.  수학적 모델은 실험을 얼마나 설명해 줄 수 있는냐가 중요하다고 봅니다. 

  • 소요유 ()

      dipole moment의 개념은 '주로 single photon'을 플고 있을  따름입니다.  제 영역에서는 dipole 이상에서 two photons이 개입하는 trasition을 계산하게 되는 경우가 있습니다. 간단한 예로 수소의 2s --> 1s transition은 sinle보다는 two photon emission이 우세합니다. 따라서 밀도가 충분히 희박 (100~1000H/cm^3)하면 이 transition은 collisional de-excitation 보다는 two photon emission이 우세해 집니다.

  • 소요유 ()

      기존의 이론이 올하고 주장하는 것은 '궤변'이 아닙니다. 충분히 자연에 적용 가능하기 때문에  그렇게 이야기 하는 것입니다. 제가 생각하기에는 현재까지는 막연하게 부정하는 유종완님의 생각이 궤변으로 들립니다.  유종완님의 이론이 적용되려면 적어도 자기완결적인 논리체계를 갖추어야 합니다. 어째든지 현재까지 제분야에서는 기존의 QE를 이용하여 계산된 결과를 이용하더라도 큰 문제가 없습니다.  즉 기존이론에서의 파탄이 특수한 상황하에서 적용되는 곳을 제외한다면 '우리가 적용가능한 세계에서 일어나는 일은 설명가능하다'라ㅣ고 볼 수 있습니다.

  • 소요유 ()

      마지막에 제시한 두가지 중에서 첫 번째는  무엇을 말하시는지 모르겠고요, 두 번째 것은 저도 흥미 있는 것입니다. 그런데 두번째에서의 문제는  분자기 포함된 이러한  시스템은 원자수준의 문제와는 상당히 달라 질 것으로 생각됩니다. 사실 양자역학은 개념적으로 고전역학과 마찬가지로 2체문제입니다. 이게 n-body로 확대되면 실제 그것이 어떻게 적용될 지는 case by case문제입니다. 두번째에 예시로 주어진 분자의 형광은  spontanious가 아니라  induced처럼 된다는 말입니까 ?  양자역학적으로는 임의의 사간에 임의의 방향으로 방출하는 것은 당연하지 ㄶ습니까 ?

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