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작년에도 이종필 박사님과 함께한 시간 내내 고마웠습니다. 어디가서 누구에게 배우기 힘든 건데, 선뜻 기회를 주신것에 내내 감사했습니다. (물론, 전부장님께도요)

올해도 이충기 박사님과 함께하는 것이 즐겁고 고맙습니다.

그런데,
그런데,

작년에도 올해도, 넘사벽을 느낍니다... 안타깝습니다...
좋은 기회인 만큼 꼭 반드시 기어코 머스트 깊히 이해하려고 하나, 기본기가 부실한 마당에 하루아침에 될 일이 아니라는 안타까움에 늘 아쉽습니다.

이걸 받아 먹어야 하는데, 내 입까지 넣어주시는 것 같은데,
아, 안타깝네요. 이걸 입에 넣어주려고 애쓰시는 분의 심정은 더 안타깝겠지요. 그걸 못 먹네... 아 코 앞까지 입 속까지 골인시켜줬는데... 그걸 못먹네...



하지만,
올해는 의외의 도움이 김양겸 회원에게서 왔군요.
책 받고서는 제본이 잘됐다고 제본에 칭찬을 하였는데, 나름 열심히 읽어보니 내용은 제본의 훌륭함에 비할 바가 아니네요.

1. 지난 주엔 기분이 좋아서 공부하던 공책에  Eureka!라고 쓰고, 책 덮고 집에서 술한잔 했습니다.
하이젠베르크가 몸이 아파 어느 섬에 요양가서 한껀 해서 돌아왔을때, 나이 지긋하신 보른이 하이젠베르크가 만들어온 어려운 수식을 보고, '음~ 이건... 음~ 이건 뭐랄까 내가 20년전에 배웠던... 행..행.. 그래 행렬인것 같애'라고 했다네요.

그 말 들은 하이젠베르크는 그것이 뭥미라고 하였구요. 행렬을 아예 몰랐더라는...
그 후, 하이젠베르크, 보른, 조단은 수개월간 행렬을 다시 공부하고, 연구해서 행렬이 큰 역할을 하는 양자역학의 시대가 열리기 시작한 거지요.

저는 이 대목을 읽으면서, 유레카를 외친 겁니다.
수업시간에 행렬이 주구장창 등장하는데, 이것을 어떻게 받아들여야할지 맘의 준비가 안되어, 늘 그 행렬을 바라보면서 '넌 어느 별에서 왔니? 그런데 왜 왔니?'를 외쳤더랬습니다.

이 대목이 내게 위로하기를, 하이젠베르크도 몰랐던 것이구, 모르는 상태에서 우째우째해서 유도해낸 중대한 수식을 보른이 보고 이건 행렬이라고 갈챠주면서, 그렇게 그렇게 일이 풀린 것이다, 니가 의아한 건 당연한 거다, 하이젠베르크도 몰랐다... 개안타 개안타...

2. 오늘도 기분이 좋았습니다.
우연히도 보른 삼촌께서 늘 기쁨을 주시는군요.
오늘은 확률 파동이 왜 나왔는지를 알게되었습니다.
우리가 늘 봐왔던 그 이중 슬릿 실험에서 입자로 행동하는냐 파동으로 행동하느냐, 참 많이 보았습니다.

슈뢰딩거는 전자가 파동이라는 전제에서 출발하여 슈뢰딩거 방정식꺼정 성공하며 큰 위업을 달성했는데, 대단한 업적이지만 입자적 운동을 설명하는데는 한계가 있었지요. 그의 방정식에서 Ψ의 제곱인  |Ψ(q,t)|2은 "파동의 강도"를 나타내고 연속적인 값을 갖는데요.

보른은 과감하게 이것은 "전자가 어느 정소 q에 존재할 확률"이라고 해석한 겁니다.
(이것은 책에 나온 그림과 함께 봐야 더 잘 설명될 것 같습니다.)

확률 파동, 확률 진폭 등의 용어가 도입된 배경을 이제 알겠네요.
이 아이디어로부터 확률이 양자역학의 큰 기둥이 된 것이지요.

좀 더 친근해진 느낍입니다.


이 책의 미덕은, 
   물리학자들의 사는 모습, 사고 방식을 친근하게 소개해주면서,
   그들이 이뤄낸 업적을 수식 그대로 정면돌파로 펼쳐보여준다는데 있는 것 같습니다.

양자역학의 애초 시작부터의 고민이 시간의 흐름을 따라서, 차례대로 시행착오 그대로 보여주고 있구요.

등장하는 물리학자들 간의 치열한 논쟁과 고민의 해결 과정이 생생하게 느껴집니다.



우리와 같은 문외한들이 도전한 양자역학 공부의 과정을 학습만화라고 할 수 있을 정도의 삽화들로 깔끔하게 잘 정리해서 보여주어서, 한층 읽기에는 부담이 적습니다만,

그래도, 수식들의 전개와 해석은 역시 쉽지는 않더군요.

시간이 허락한다면,

몇차례 더 읽어가면서, 맥락을 이해해가면서, 이충기 박사님의 강의를 완벽하게 흡수해보고 싶습니다.

(비 전공자들에게 이보다 더 좋은 책이 있을까 싶을 정도로 큰 도움이 되는 책이라고 생각합니다. 미쿡 유수 대학에서도 영역본을 교과서로 채택하여 사용한다는데, 잘을 모르지만, 강의하시는 분들께도 많은 아이디어를 제공하지 않을까 싶습니다.)
 
  • ?
    이충기 2010.11.18 08:22
    학문이란 것도 다 사람들이 만든 것이니,
    아무리 난해하고 복잡해 보여도
    시간과 노력을 투자하면, 끝까지 모를 것은 없지 않을까 싶습니다.

    글을 쓰려고 논리를 점검하다 보면,
    내가 무엇을 모르는지 명확하게 드러나게 된 경험이 많습니다.
    납득 가지 않는 것이 뚜렷해지면, 그것을 해결하기도 수월해지는 것 같습니다.
    이 곳에 글을 올려서 서로들 질문들을 하고 답을 해보시는 것은 어떨까 합니다.

    제 경험으론 행렬을 이용한 양자론 표현과
    미분 방정식을 이용한 양자론 표현은 별개의 것에서 나온 것이 아니라,
    그 뿌리가 같다란 것을 깨닫게 되면, 그때부터 대충은 양자론을 이해하게 되는 것 같아요.
  • ?
    김제원 2010.11.18 08:22
    네, 시간과 노력이면 안될건 없다고 저도 그렇게 생각합니다.

    말씀하신대로 이번엔 제대로 질문을 좀 해보자는 작은 목표를 세웠었습니다.
    그런데, 아직은 뭘 모르는지 조차도 손에 잡히질 않아서, 뭘 질문해야할지...

    그래서, 나의 질문을 찾기 위해서 나름 복습도 하고 이 책도 읽고 했습니다.

    일단은 행렬이 등장한 것과 고유값 고유벡터을 이용하는 것부터가, 가장 생소했던 부분이었기에, 지난 시간에 고유값/고유벡터에 대해 질문 드렸습니다.

    아직은, 해주신 답변이 제게는 중국어처럼 생소하였습니다. 죄송합니다 ㅠ.ㅠ

    해주신 답변을 포함해서, 관련 내용 해독에 다시 시간과 노력을 기울일 예정입니다.

    행렬과 미분이 뿌리가 같다는 깨달음이 제게도 오기를 기원하면서, 당분간 더 주경약독에 주마가편에 일취월장에... 하여튼 해보는대 까지 해보겠습니다.
  • ?
    김양겸 2010.11.18 08:22
    제가 작은 도움이 되었다니 기쁘군요.
    [양자역학의 모험]에도 보면
    연산자 이야기가 나왔던걸로 기억해요.
    연산자는 어떤 함수를 다른 함수로 바꾸어주는 역할을 하는 것이니까요.
    미분도 연산자이고 행렬도 연산자인거죠?
  • ?
    이충기 2010.11.18 08:22
    1. 연산자

    연산자란 것은 어떤 벡터에 작용해서 그것을 다른 벡터로 만드는 변환을 말합니다.
    비유해 보자면 커피 자판기 같은 겁니다.
    돈 200원을 넣으면 커피 한 잔으로 커피 자판기가 바꿔줍니다.
    이걸 ket 표기법으로 적어보면,
    |커피 한 컵 > = 자판기 | 200원 > ??

    그럼 선형 연산자라는 건 뭘 말하는 걸까요?
    제 직장에 있는 커피 자판기에 돈 200원을 넣으면 커피 한 컵이 나옵니다. 400원을 넣으면
    커피 두 컵이 나오고, 600원을 넣으면 커피 세 컵이 나옵니다. 이처럼 투입한 것에 "정비례"해서 결과물이 나오는 연산자를 선형 연산자라고 합니다. ket 표기법으로 표시해 보면

    자판기 ( 2 X |200원> ) = 2 X ( 자판기 | 200원 > ) = 2 | 커피 한 컵>

    일반 커피는 200원인데 300원 받는 고급커피도 있죠. |200원 > + |300원> 을 투입하면
    일반 커피 한 컵, 고급 커피 한 컵 이렇게 나옵니다(난 200원 짜리 두 컵 뽑고 100원은
    거스름 돈으로 받겠다는 분은, 이건 비유니까 좀 참아 주시기 바랍니다). 즉

    자판기 ( |200원 > + |300원 > ) = 자판기 |200원> + 자판기 |300원>
    = |일반커피 한 컵> + |고급커피 한 컵>

    처럼 됩니다. 선형적인 자판기입니다(?). 200 X 4 + 300 X 5 의 돈을 투입하면

    자판기 ( 4 | 200원> + 5 | 300원>) = 4 | 일반커피 한 컵 > + 5 |고급커피 한컵>

    이렇게 됩니다. 이런 작용을 하는 것을 선형 연산자라고 합니다.

    2. 함수

    함수도 하나의 벡터로 볼 수 있습니다.
    구간 [-1,1]에서 정의된 함수 y = 2*x 를 봅시다.
    각 특정한 x 좌표에 해당하는 y 값을 대응해서 순서쌍을 만들어 보면,
    ...(-0.2, -0.4) (-0.1, -0.2) (0,0) (0.1,0.2) (0.2,0.4) .... 등등으로 적을 수 있습니다.
    그런데[-1,1]에는 무한하게 많은 실수가 있으므로 모두 순서쌍으로 적을 수는 없겠습니다.
    대충 y 값들만 표시해 보면,
    ( ... -0.4 ... -0.2 ... 0.0 ... 0.2 ... 0.4 ...) 등으로 나열할 수 있다고 상상할 수는 있습니다.
    이것은 기저벡터(좌표축을 표시하는 벡터)의 개수가 무한대인
    무한 차원 자리표 공간의 벡터라고 볼 수도 있습니다.
    3차원 자리표 공간의 벡터는 A = x e1 + y e2 + z e3 처럼 세개의 단위 벡터의
    선형결합(중첩)으로 나타낼 수 있습니다. 이를 간단히 A = (x, y, z)처럼
    성분들의 순서쌍으로 나타내는 것은 기저벡터 e1, e2, e3를 생략한 표현입니다.
    4차원 공간이면 4개의 성분,
    ... 무한대 차원의 공간이면 무한대 개수의 성분이 필요하지요.

    이처럼 다른 함수 y = x^2 도 하나의 벡터에 대응할 수 있고,
    위 두 함수의 합 y = 2 x + x^2 도 또 다른 벡터에 대응할 수 있습니다.
    조금 더 나가보면, 이런 유비를 통해 함수 사이의 직교관계도 생각해 볼 수 있습니다.

    여튼 미분 연산자는 어떤 함수(벡터)를 다른 함수(벡터)로 바꾸는 변환이기 때문에,
    벡터에 곱해서 다른 벡터로 만들어 주는 행렬과 결국은 같은 겁니다.
    단지 기저벡터(축벡터)들이 이산적(discrete)인가, 연속적(continuous)인가의 차이는 있습니다.
  • ?
    김제원 2010.11.18 08:22
    자판기 비유를 들으니 팍팍 이해가 됩니다. 도서관에서 행렬 관련책을 보니 선형대수학 이런 제목이던데, 선형성이란게 이제 선명하게 다가오는 군요.

    자꾸 공부해서 핵심적인 질문을 구성해보고 또 질문드리겠습니다. 감사합니다.

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