오비탈의 마디와 전자의 이동

오비탈의 마디와 전자의 이동

 

 

2s 오비탈에는 전자가 존재할 수 없는 곳인 마디가 존재하잖아요. 만약 전자가 마디 오른쪽(예, r=50)에 존재했다고 가정하였을 때 전자는 운동에너지를 가지고 있으니까 시간이 지나면 다른 곳으로 이동할 거 아닙니까. 그런데 시간이 지나서 마디 왼쪽(예, r=10)인 곳으로 이동했다 치면 말이 안 되는 거잖아요. 1s 바깥쪽과 2s 안쪽 사이에 전자가 분포할 수 없는 부분이 있으니까요. 애초에 전자가 분포할 수 없는 부분을 지나갔다는 의미인데... 우리도 밖으로 나갈 때 문을 통과해서 나가잖아요. 그런데 전자는 문을 통과하지 않고 순간이동을 하는 것처럼 느껴지네요.. 뭐죠? 현재 과학에서는 전자의 운동을 명확하게 해석하지 못한 건가요?

 

 

 

[ 그림 출처 ]

 

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질문자는 전자가 입자라고만 생각하고 있습니다. 전자는 꼭 입자의 성질만 가지는 것이 아니라 파동의 성질도 가집니다.

 

전자는 운동에너지를 가집니다. 참고로, 이때 운동에너지가 정확히 얼마나 되는지 측정을 하게 되면 위치를 알 수 없고, 위치를 알면 운동에너지가 정확히 얼마나 되는지 알 수 없다는 하이젠베르크의 불확정성 원리가 있습니다.

 

r=50인 지역에서 발견되던 전자가 어떻게 존재불가능한 마디를 통과하여 r=10인 지역에서도 발견될 수 있느냐는 질문에는 양자역학적 터널링을 고려해야 합니다. 즉, 마디를 "통과한다고" 생각하면 안 됩니다. 전자는 굳이 입자가 아니기 때문에 어떠한 공간을 반드시 "통과"해야만 다른 지역으로 이동할 수 있는 것이 아닙니다.

 

물론 이에는 양자역학적으로도 여러 가지 해석이 있습니다만, 전자의 발견을 원한다면 발견당시에는 입자로 발견되지만, 공간을 이동하고 있는 당시에는 파동의 형태를 가진다... 물론 이것도 말이 안 되긴 합니다만, 그래도 이해하기 가장 쉬울 것입니다.

 

솔직히 정답은 없습니다. 그냥 수학적으로 정확히 그런 결과가 나올 뿐이고, 그리고 실제로 측정을 해도 그렇게 측정이 되고, 또 그런 수학적 지식을 사용해서 어떤 결과를 예상해서 실험을 해봐도 이론과 꼭 맞는 측정 결과가 나옵니다... 그래서 이러한 수학적 지식이 맞다는 건 알고 있는데, 우리가 매일 경험하고 있는 거시적 세계와는 워낙 다른 것이 미시적 세계이고, 또한 볼 수가 없기 때문에, 정확히 어떻게 이렇게 되고 있는 것인지는 아무도 모릅니다.

 

 

[ Thanks to Oxonian Scientist ]

 

 

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