Page 127 - 고경 - 2022년 4월호 Vol. 108

너지 hν 가 묶임 에너지binding energy hν 보다 커야 한다. 이는 빛의 진
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동수가 ν 보다 클 때만 광전효과가 나타나는 이유를 설명한다. 알갱이로
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뭉쳐져 있는 광자의 에너지를 전자에 전달하기만 하면 되는데 워낙 많은

수의 광자가 있으므로 광전효과가 즉각적으로 일어나게 된다.

콤프턴 산란과 전자구름 콤프턴 산란은 광자가 원자에 묶여 있는 전
자와 충돌하는 과정이다. 묶임 에너지보다 큰 에너지의 광자가 전자와 충

돌하면서 광자의 에너지가 전자에 전달된다. 광자는 충돌하면서 진행 방

향을 바꾼다. 광자에서 전자로 에너지가 전달되면서 전자는 자유전자가 되
고 광자의 에너지는 줄어든다. 광자의 에너지는 이므로
이 충돌 과정을 거치면서 광자의 진동수는 작아지고 파장은 길어진다. 이

렇게 빛을 알갱이라고 생각하고 콤프턴 산란을 빛 알갱이인 광자와 전자

사이의 충돌이라고 생각하면 관측 자료가 잘 설명된다. 콤프턴 산란은 양
자가설로 설명된다.
일상생활을 하면서 물체의 위치를 알려면 물체를 보면 된다. 본다는 것

은 물체에 반사돼 나오는 빛을 본다는 것이다. 그러나 양자의 세계에서는

빛을 봄으로써 대상의 위치를 파악할 수 없다. 콤프턴 산란을 하고 나온 빛
은 충돌 전에 전자가 어디에 있었는지를 알려줄 뿐이다. 전자는 빛과 충돌
하면서 그 충격으로 다른 곳으로 움직인다. 전자의 위치를 알려고 하는 바

로 그 행위가 전자의 위치를 알 수 없게 만든다. 이는 측정 방법을 정교화

하거나 측정 장치를 개선함으로써 해결할 수 있는 일이 아니다. 전자의 위
치를 정확하게 아는 것은 원리적으로 불가능하다. 그래서 양자역학에서는
전자의 위치를 전자구름과 같은 확률로 표시한다.

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