눈비닷컴

스펙트럼 - 원자를 볼 수 있는 빛의 원리 본문

과학 세상, 지식 놀이

스펙트럼 - 원자를 볼 수 있는 빛의 원리

[눈비] 눈비닷컴 2019. 2. 6. 18:59
[스펙트럼 - 원자를 볼 수 있는 빛의 원리]


원자는 너~무 작다. 현미경을 통해 눈으로 확인할 수 있는 존재가 아니다. 그렇다면 우리는 어떻게 원자를 볼 수 있을까?
정확히 말하자면 보는 것이 아니라 관찰하는 것이다. 그래서 양자역학에서 이런 상황이 이용된다.

원자에 변화가 생기면 전자기파를 발생한다. 우리가 스마트폰을 보는 원리도 어쩌면 비슷하다.
닐스 보어의 설명에 의하면 원칙적으로 정상 원자는 절대로 빛을 내지 않는다고 한다. 그렇다면 어떻게 그 스펙트럼을 볼 수 있을까? 그것은 원자핵의 주변을 돌고 있는 전자의 변화 때문이다.

예를 들어, 위성이 지구를 돌고 있지만 지금의 지구와의 거리보다 더 짧아지거나 더 멀어질 수도 있다. 보어의 원리대로 설명하자면 이렇게 더 짧아지거나 더 멀어질 때만 빛을 발산하며 그때서야 우리는 원자를 느낄 수 있다는 것이다.

그런데 원자의 스펙트럼은 왜 그런 차이가 날까? 전자가 원자핵을 돌다가 갑자기 사라진다. 그러다가 좀 더 원자에 가깝거나 더 먼거리에 생기기도 한다. 이런 현상을 물리학자들은 양자도약이라고 한다고 한다. 즉 궤도를 이동한다는 얘기다.

전자가 원자핵에 가까운 궤도를 돌게 되면 원래 가지던 원운동보다 에너지가 덜 필요하다. 그러니까 이때 가지고 있던 에너지를 내보내게 되는 것이다. 이때 원자는 빛을 내는 것이다. 우리는 스펙트럼으로 확인할 수 있다.
그리고 반대로 멀어지면 에너지가 더 필요해지기 때문에 에너지를 흡수한다. 이것이 원자의 빛의 흡수인 것이다.

그 덕분에 우리는 원자를 관찰할 수 있게 되었다. 직접 볼 수는 없지만 스펙트럼 등을 통해서 특징을 관찰할 수 있게 된 것이다.
전자 위치의 불안정성이 결국 빛을 내는 것이다. 이렇게 해서 전자가 일정하지 않다는 것은 증명이 되었다.

나중에 하이젠베르크는 보어의 원자모양마저 포기해 버리고 어차피 위치를 알 수 없으니 수학적 물리량만으로 이해하면 된다고 했단다.
즉 원자는 확률이 되고 양자역학의 시초가 된다.
0 Comments
댓글쓰기 폼