양자론의 기초를 이루는 물리학이론의 체계이다.
원자, 분자, 소립자 등의 미시적 대상에 적용되는 역학으로 거시적 현상에 보편적으로 적용되는 고전역학과 상반되는 부분이 많다.
양자역학의 등장으로 물성물리학을 비롯한 다양한 물리학 분야에서 큰 발전이 이루어졌다.
양자역학은 분자, 원자, 전자와 같은 작은 크기를 갖는 계의 물리학을 연구하는 분야이다.
19세기 중반까지의 실험은 뉴턴의 고전역학으로 설명할 수 있었다.
그러나, 19세기 후반부터 20세기 초반까지 이루어진 전자, 양성자, 중성자 등의 아원자입자에 관련된 실험들의 결과는
고전역학으로 설명을 시도할 경우 모순이 발생하여 이를 해결하기 위한 새로운 역학 체계가 필요하게 되었다.
이 양자역학은 막스 플랑크의 양자 가설을 계기로 하여 에르빈 슈뢰딩거, 베르너 하이젠베르크, 폴 디랙 등에 의해 만들어진 전적으로
20세기에 이루어진 학문이다. 양자역학에서 플랑크 상수를 0으로 극한을 취하면 양자역학이 고전역학으로 수렴하는데, 이를 대응 원리라 한다.
양자역학은 모든 역학, 전자기학(일반상대성이론은 제외)을 포함하는 고전 이론을 일반화한다.
양자역학은 고전역학으로 설명되지 않는 현상에 대한 정확한 설명을 제공한다.
양자역학의 효과는 거시적으로는 관측이 어렵지만 고체의 성질을 연구하는 과정에서 양자역학 개념이 필수적이다.
예를 들어 드하스-반알펜 효과 는 양자역학을 통해서만 설명이 가능하다. 물론, 원자 또는 그보다 작은 영역에서는 분명해진다.
고전역학과 양자역학의 차이
고전역학은 현재의 상태를 정확하게 알고 있다면 미래의 어느 순간에 어떤 사건이 일어날지를 정확하게 예측할 수 있다는
결정론적입장을 취한다.
고전역학은 인과법칙을 따르고 우연성을 배제한다.
이러한 물리학을 일반적으로 뉴턴 물리학이라고 하며, 뉴턴 물리학과 상대성이론을 합쳐서 고전역학이라고 한다.
그러나 양자역학은 고전역학과 달리 확률론적입장을 취한다.
확률론적 입장은 비록 현재 상태에 대하여 정확하게 알 수 있더라도 미래에 일어나는 사실을 정확하게 예측하는 것은 불가능하다는 입장이다.
예를 들어, 수소원자에서 전자의 위치를 나타낼 때, 전자의 위치는 핵의 중심에서 무한대에 이르는 거리 사이에 존재할 수 있다.
따라서 전자의 위치는 어떤 특정한 시간의 특정 위치와 같지 않을 수 있다.
따라서 물리학자들은 전자의 가능한 위치를 계산할 때 슈뢰딩거의 파동방정식에 의한 파동함수(ψ , 프사이)를 한 번 더 곱한
확률밀도함수(│Ψ│2)를 사용한다.
확률밀도함수는 주어진 시간에 단위 부피에서 파동함수가 나타날 수 있는 확률을 알려준다.
다시 말해, 어떤 반지름에서 전자를 발견할 확률이 0.3이라면 그 곳에서 전자를 찾을 확률이 30%임을 의미한다.
슈뢰딩거 방정식은 원자에 있는 전자가 어느 순간에 어디에서 발견될 것인지를 알려주는 것이 아니라 그곳에서 전자가 발견될 가능성을 알려준다.
