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2008/1/30: Quantum Mechanics


2008/01/30 23:54 | Life/Life in 2008

요새는 TOEFL 준비와 양자역학 정도만 계속 공부하고 있다. 특히 TOEFL에 꽤 시간이 많이 들어가서 사실 전공은 많이 보지 못하고 있는데, 지난 1월 중순에 2주일간 진행된 이론물리캠프 다닐 때 TOEFL도 완전히 중단하고 물리공부만 했었으니까 대충 위안을 삼고 있다. 팀프로젝트도 양자역학과 관련된 것이어서 공부 좀 했었고.

그런데 그 때 파동함수로 양자역학을 기술하던 것을, 수치해석적 방법을 사용하기 위해 Matrix Representation으로 변환하기 위해 Orthonormal한 Function set을 가지고 Hamiltonian Matrix를 만들었다. 그리고 Eigenvalue와 Eigenvector를 (쉽게) 구하기 위해 Hamiltonian Matrix를 Diagonalize 시켰다. 그런데 이 문제와 관련해 크게 두 개의 의문점이 있다.

(1) Linear Algebra 지식이 모자라서인지, 일단 Diagonalize 시키기 전과 후의 Eigenvector가 같은 지가 헷갈린다. 책을 좀 찾아봐야지. Eigenvalue가 같을테니까 Eigenvector도 같겠지?

(2) 어쨌든 Eigenvector를 구했다면, Eigenvector의 성분들은 무엇을 의미하는지 잘 모르겠다. 지금 추측으로는 애초에 Hamiltonian Matrix를 Construct 할 때 사용한 Orthonormal function set에 Projection된 (normalized) Eigenvector의 성분 크기인 것 같은데.

뭐 토플을 준비하고는 있는데, Cosmology를 할 지 뭘 할 지 그것도 잘 모르겠고. 양자역학에는 아직도 풀리지 않는 미스테리가 많다는 점이 재미있고. 이렇게 웬만한 사람들은 거의 못 알아들을 것 같은 포스팅도 한번쯤 올려보고 싶었다(..)

지난 겨울, 티벳에서 만난 인연으로 아직 연락이 닿고 있는 정사장님이 남미 여행 막바지에 '남극'에 다녀오셨다면서 전체메일로 사진을 보내오셨네. 왠지 가슴이 뛰었다. 나는 어떻게 살아야 하는걸까.

공부하는 것도 즐거운데. 뭐, 일단 하다보면 뭔가 되겠지. 현재를 희생하면서까지 해야한다고 생각되는 일도 없고. 그냥 재밌는 거 열심히 하다보면 되는거지.


2008/01/31 추가:
정사장님 남극 사진 몇 장.

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Commented by ibo at 2008/01/31 12:59  r x
hamiltonian matrix가 뭐지 -_-?? 선대 본지 하도 오래됐더니; 구체적으로 문제를 보면 뭔가 감이 잡힐 것 같기도 한데. '무엇을 의미하는지'도 맥락에 따라 해석의 여지가 많으니께..
근데 나는 선대 지식은 있는데 물리 지식이 없어서 뭐가 뭔지 모를 듯 orz
Commented by 오묘 at 2008/01/31 22:01  r x
지나가는 사람인데 ibo님께 답글이 달고 싶어져서^^;
양자물리에서는 물리량-연산자의 대응관계가 있는데요. hamitonian matrix는 주어진 계의 에너지 연산자(hamiltonian)의 한 표현방법(representation)입니다. components라 하면 되려나요; 여튼 그 중에서도 행렬표현방법이라 할 수 있겠죠. 계의 상태(state)를 벡터로 나타내었을 때 이들로 이루어진 기저벡터들에(basis vectors) 대한 스칼라곱((triple) scalar product, 따라서 2차원적인)이 행렬의 성분표시방법과 다르지 않기 때문에 연산자를 행렬에 대응시키는 것이 가능합니다.
사실 양자물리에서의 행렬이란 hilbert space(쉽게말해 infinite dimensional, unnormalizable vector까지 포함하는 벡터공간)에서의 linear operator라는 넓은 의미로 해석할 수도 있습니다. 그리고 에너지는 항상 물리적으로 측정가능한 observable이므로(어떤 계가 실험적으로 측정이 힘들더라도 그렇게 가정합니다. 그래야 물리를 할 수 있으니까요-_-;) real(hermitian 혹은 self-adjoint) matrix이고 대각화가 가능(??수학적으로 어떤지는 확실하지 않네요)합니다..

또 한가지 첨언;;, 익히 알고 있는 유한차원벡터공간(fdvs)에서 hamiltonin의 행렬 표현이 가능하다는 것은 에너지가 불연속적인 값을 갖고 있고 가질 수 있는 에너지 값이 유한하다는 뜻입니다..고전물리에 대응시킬 수 없는 물리량이라고도 할 수 있는데 대표적인 예가 스핀이죠..
Commented by 오묘 at 2008/01/31 21:55  r x
주인장님께도 간단한 답변^^;
(1)특정한 hamiltonian operator가 주어졌으면 그에 대응하는 set of eigenvectors, eigenvalues는 변하지 않습니다. 다만 어떤 기저를 사용해 표현(representation)해내는가에 따라 달라보일 뿐이지요. 주어진 연산자를 대각행렬로 표현할 수 있는 유일한 기저(non-degenerate인 경우)는 고유벡터로 이루어진 기저이기 때문에 그걸 찾는 것이겠죠.

문제를 풀 때 처음 행렬표현으로부터 구한 고유상태(eigenvector)의 성분표시는 그 행렬을 표현한 basis에 대한(따라서 행렬도 그 기저에 대한 성분표현) 성분표현일테구요. 이제 그 고유상태들을 기저로 생각하여(표준기저standard basis를 eigenvector로 잡은 겁니다)행렬을 표현한 것이 대각화 된 행렬이 됩니다. 제 생각에는 대각행렬들을 다루기가 편하기 때문에(교환법칙이 성립하기 때문에 대수적 관계가 간단해집니다) 선대를 배우며 삽질한;; 고유상태를 찾는 일이 그 계의 물리를 본격적으로 시작하기 전의 중요한 과정이 아닌가 싶습니다..ㅋ

(2)번은 옳으신 것 같네요.. 한수 배웁니다..ㅋㅋ

저도 물리 좋아합니다.ㅋ 전 천문학과인데 진로에 대한 걱정으로 아직도 방황중이랍니다. 저도 특히 우주론을 공부하고 싶어요. 근데 이쪽 공부가 어렵기도 하고 그래서 결과가 좋지 못하다면 계속할 수 있는 사정(경제적으로)이 아닌 것 같아서 망설이는 중입니다. 그러면서도 열심히 하면 잘 할 수 있을 거라는 희망의 끈을 놓지 않고 있어서 무척 혼란스럽네요..ㅠㅠ
Commented by 아즈 at 2008/01/31 23:26  r x
ibo/ Hamiltonian은 물리학에서 다루는 것인데, 고전역학에서는 해석적인 방법으로 운동방정식을 기술하기 위해서 사용하다가, 양자역학에 와서는 계의 에너지를 Eigenvalue로 가지는 Operator로 나타나게 되지. 양자역학에서는 모든 관측양에는 대응되는 Operator가 있고, 그 Operator를 사용하여 시스템을 기술하게 되거든. Hamiltonian은 Energy에 대응되는 Operator고. 이것을 표현하는 방법에는 함수들로 표현하는 방법이 있고, 함수공간과 벡터공간 사이에 1:1대응이 존재한다는 점에 착안해 Matrix로도 기술할 수 있지. 나머지는 오묘님이 답글 달아주셨으니.. 답변 감사드립니다.

*/ 답변 감사합니다. 저는 계속 헷갈려서 책들을 좀 보면서 생각하고 있었는데, 오늘 한 후배님과 Shankar선생의 도움으로 (2)번이 맞는 생각이란 것을 좀더 명확하게 깨닫게 되었네요.
근데 역시 이학계열은 다들.. 그냥 하는 데까지 해보고, 재미있고 여건 되면 계속하면 될 것 같네요. 뭐 그게 말처럼 쉬운 일은 아니지만.. 혹시 빅토르 프랑클의 <삶의 의미를 찾아서>라는 책 읽어보셨는지? 그 책에 이런 말이 나옵니다. 저도 가끔 이 말이 맞을지도..라면서 생각하곤 한답니다.

"여기서 우리는 삶의 의미를 완전히 새로운 방식으로 되물어야 할 필요가 있다. 정말 중요한 것은 우리가 삶에서 무엇을 기대하고 있느냐 하는 것이 아니라 삶이 우리에게 무엇을 기대하고 있느냐 하는 점이라는 사실을 우리는 깊이 깨달아야 하고, 그걸 모르는 사람에게는 깨우쳐 주어야 한다."(pp.135-136)
Commented by 으악 at 2008/01/31 23:51  r x
우와 나도 남극 가보고싶어 너무 멋지다!!!!!!!!!!!!
Commented by 아즈 at 2008/02/02 00:52  r x
으악/ 나도 남극 가고 싶다!!ㅋㅋ 세종기지 파견 ㄱㄱㅆ~
Commented by 카시스 at 2008/02/03 00:51  r x
남극이군요!! 남극으로도 여행 갈 수 있나요?
그럼 계획을 조금 바꿔야겠네요.ㅎㅎㅎ
기왕 가는 것이라면 남극까지!!
그때를 목표로 열심히 일해야지요'ㅂ'
Commented by 아즈 at 2008/02/04 23:06  r x
카시스/ 남극은 관광과 연구활동 외의 모든 상업활동이 금지되어 있다더군요. 정사장님 케이스 보니깐 남미에서 남극으로 갈 수 있는 것 같네요.

     
 


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