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43-7.광학적 에너지준위의 계열효과

자체진동의 전자는 개체단위의 광파를 자유롭게 흡수하거나 방출한다. 여기에서 광파를 흡수하기 이전의 팽창에너지와 광파를 방출한 이후의 수축에너지는, 항상 일정한 규모의 행정거리(팽창거리, 수축거리)를 갖는다. 그러므로 광파를 흡수하기 이전의 팽창에너지와 광파를 방출한 이후의 수축에너지는 식 (43-8)의 진행과정처럼 항상 본래의 작용압력 Us(Ug)로 복귀(복원)된다.

용광로의 내부에서 개체단위의 광파는 매우 높은 분포밀도를 갖는다. 그러므로 용광로 내부의 전자(소립자)는 다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수할 기회가 많다. 이와 같이 용광로 내부의 전자가 다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수할 경우, 낮은 광압을 갖는 다수의 1차 광파가 하나의 벡터량으로 통합된다. 또한 낮은 광압을 갖는 다수의 1차 광파가 하나의 벡터량으로 통합되면, 이 통합 광파의 광압 Pa가 팽창에너지의 작용압력 Ut에 도달(접근)하는 높이까지 올라갈 수 있다.

n개의 1차 광파를 동시적으로 흡수한 자체진동의 전자에 의해 하나의 2차 광파가 방출될 경우, 이 방출 광파(2차 광파)가 갖는 광압 Pa=Ut(1-)의 가치는 그동안 현대물리학의 양자역학에서 파동모형의 진동수나 파장을 통하여 상징적으로 반영되었다. 즉 방출 광파의 광압 Pa는 양자역학의 광학적 진동수에 대해 상응적 의미로 비교될 수 있다. 하나의 예로 양자역학의 광학적 모형에서 광파의 진동수가 높거나 파장이 짧은 것은, 광파의 광압 Pa가 높은 것을 의미한다. 물론 광압 Pa가 높은 광파는 강한 힘의 에너지를 갖는다.

자체진동의 전자가 하나의 2차 광파를 방출하는 과정에서는, 2차 광파의 방출과정이 외부의 다른 광파로부터 방해적 영향을 받을 수 있다. 하나의 예로 전자의 팽창에너지에 대해 외부의 다른 광파가 정면으로 충돌할 경우, 2차 광파의 방출과정이 방해적 영향을 받고, 2차 광파의 광압이 방해 광파(충돌 광파)의 광압만큼 감소한다. 또한 2차 광파의 방출과정에서 방출 광파가 두 방향으로 분할(분리)되더라도, 이 방출 광파의 광압은 분할 광파의 광압만큼 감소한다. 즉 방출 광파가 두 방향으로 분할되면, 두 방향으로 분할된 광파가 낮은 광압을 갖는다.

자체진동의 전자로부터 방출된 2차 광파가 방해의 영향을 받을 경우, 이 방출 광파의 요소적 성분은 방해 광파의 수량만큼 감소되어야 한다. 즉 방출 광파의 요소적 성분은 충돌 광파나 분할 광파의 수량에 의해 결정된다. 여기에서 자체진동의 전자가 흡수한 1차 광파의 수량을 n, 방해 광파나 분할 광파의 수량을 m으로 표현할 경우, 방출 광파(2차 광파)의 요소적 성분 A는

A = n - m    ................     (43-14)

의 규모로 축소된다.

식 (43-14)의 내용처럼 n개의 1차 광파를 흡수한 자체진동의 전자로부터 2차 광파가 방출되는 과정에서, 이 방출 광파(2차 광파)의 역학적 성분 A는 방해 광파의 수량 m만큼 감소한 n-m의 규모를 갖는다. 이와 같이 n-m의 규모를 갖는 방출 광파(2차 광파)의 역학적 성분은 편의상 An-m의 형태로 표현하겠다. 하나의 예로 자체진동의 전자가 동시적으로 흡수한 기본 광파 P의 수량을 3개, 방해 광파가 갖는 기본 광파 P의 수량을 2개로 가정하면, 이 방출 광파의 역학적 성분은 A3-2의 규모로 표현된다. 

4개의 기본 광파 P를 동시적으로 흡수한 자체진동의 전자에 대해 3개의 방해 광파(충돌 광파)가 작용할 경우, 방출 광파의 역학적 성분은 A4-3의 규모로 감소된다. 여기에서 A3-2의 규모로 감소된 방출 광파의 광에너지와, A4-3의 규모로 감소된 방출 광파의 광에너지는 역학적으로 동일한 가치를 갖는다. 즉 방출 광파의 광에너지 A3-2와 방출 광파의 광에너지 A4-3은 동일한 가치의 역학적 성분으로 구성되고, 이들의 관계는

A3-2 = A4-3    .......................   (43-15)

의 등식으로 표현할 수 있다.

그러나 A4-3의 규모를 갖는 방출 광파의 광압 P4-3와 A3-2의 규모를 갖는 방출 광파의 광압 P3-2는 각각 다른 높이로 구성된다. 즉 A3-2의 규모를 갖는 방출 광파의 광압은, A4-3의 규모를 갖는 방출 광파의 광압보다 더욱 높다. 여기에서 A3-2의 규모를 갖는 방출 광파의 광압이 P3-2, A4-3의 규모를 갖는 방출 광파의 광압이 P4-3로 표현될 경우, 이들의 관계는

P3-2 > P4-3    .......................   (43-16)

의 부등식으로 표현된다. 즉 P4-3의 광압은 P3-2의 광압보다 더욱 높은 비율로 감소된다.

n개의 기본 광파 P를 동시적으로 흡수한 자체진동의 전자에 대해 m개의 방해 광파가 작용(충돌)할 경우, 이 자체진동의 전자가 방출한 2차 광파의 광압은 방해 광파의 광압만큼 감소된다. 즉 전자의 팽창에너지로부터 방출된 광파의 광압 Pa는 식 (43-12)의 내용처럼 Ut(1-)의 규모로 변조(조절)되고, 이 방출 광파의 광압 Pa는 다시 방해 광파의 광압만큼 추가적으로 감소된다. 여기에서 흡수 광파의 수량 n은 반드시 방해 광파의 수량 m보다 더욱 많아야 된다.

방출 광파의 광압 Pa가 변조되는 효과는, 식 (43-12)의 내용처럼 의 규모를 갖는다. 또한 방해 광파의 광압을 Pb로 표현할 경우, 이 방해 광파의 광압 Pb가 변조되는 효과는 의 규모를 갖는다. 여기에서 방출 광파의 광압 Pa가 방해 광파의 광압 Pb만큼 감소되는 효과는 단순한 합산적 형태로 변화한다.

n개의 기본 광파 P를 동시적으로 흡수한 자체진동의 전자에 대해 m개의 방해 광파가 작용(충돌)할 경우, 이 자체진동의 전자가 방출한 광파의 광압 Pa는 방해 광파의 광압 Pb만큼 감소된다. 여기에서 전자의 입자체제가 갖는 팽창에너지의 작용압력을 Ut, 동시적으로 흡수한 광파의 수량을 n, 전자의 팽창에너지로부터 방출된 광파의 광압을 Pa, 방해 광파의 수량을 m, 방해 광파의 광압을 Pb, 방해 광파의 광압 Pb만큼 감소된 방출 광파의 최종적 광압을 Pz로 표현할 경우, 이 방출 광파의 최종적 광압 Pz는

    

     

   ..................   (43-17)

의 규모로 감소된다.

식 (43-17)의 내용에서 전자의 입자체제가 갖는 팽창에너지의 작용압력 Ut는 일종의 비례상수를 의미한다. 또한 비례상수의 기능을 갖는 Ut의 작용압력은 동일한 대상(동일한 환경)의 전자로부터 방출된 모든 종류의 광파(자외선, 가시광선, 적외선 등)에 대해 공통적으로 적용할 수 있다. 하나의 예로 모든 수소(H)의 전자는 동일한 대상으로 간주되고, 이 모든 수소의 전자로부터 방출된 광파의 광압은 Ut의 비례상수를 공통적으로 갖는다. 이러한 Ut의 비례상수는 현대물리학의 양자역학에서 그동안 유효적으로 활용되었던 뤼드베리상수와 동일한 의미로 이해할 수 있다.

동일한 환경(동일한 대상)의 전자가 방출한 광파의 광에너지는 동일한 환경의 모든 전자에게 흡수된다. 여기에서 하나의 광파를 상호적으로 주거나 받는 양측의 두 전자는, 동일한 조건의 입자체제를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 즉 동일한 조건의 입자체제로 구성된 모든 전자의 팽창에너지는, 동일한 행정거리(팽창거리)로 작용한다. 또한 동일한 조건의 모든 전자는 동일한 부피의 물량(바탕질의 체적)을 갖는다.

모든 전자가 동일한 행정거리(팽창거리)와 동일한 부피의 물량을 갖는 것은, 이들의 모든 전자가 동일한 조건의 환경에서 존립되는 것을 의미한다. 또한 동일한 조건의 환경에서 존립되는 모든 전자는 하나의 광파를 상호적으로 주거나 받을 수 있다. 만약 두 전자가 각각 다른 조건의 환경을 가질 경우, 이들의 두 전자는 하나의 광파를 상호적으로 교환하는 것이 불가능하다.

원자구조의 구면층(표피층)을 구성한 자체진동의 전자는 원자의 종류(H, C, O, Fe 등)에 따라서 각각 다른 조건의 환경으로 존립되고, 존립조건이 다른 두 전자의 팽창에너지는 각각 다른 규모의 행정거리로 작용한다. 즉 원자의 종류(H, C, O, Fe 등)가 다르면, 원자구조의 구면층을 구성한 전자의 팽창에너지가 각각 다른 높이의 압축력으로 작용하고, 전자의 물량(바탕질의 체적)도 각각 다른 규모를 갖는다. 여기에서 팽창에너지의 행정거리(수축거리, 팽창거리)와 작용압력 Ut가 각각 다른 두 전자는, 동일한 대상의 광파(하나의 광파)를 상호적으로 교환하는 것이 불가능하다.

양측의 두 전자를 구성한 팽창에너지가 각각 다른 규모의 행정거리와 다른 높이의 작용압력 Ut를 가질 경우, 이들의 두 전자에게 광학적 공명효과가 발현되지 않는다. 즉 어느 한쪽의 전자가 방출한 광파의 광에너지는 상대의 전자를 투과적으로 관통한다. 그러므로 동일한 대상의 광파를 상호적으로 교환하는 두 전자의 팽창에너지는, 반드시 동일한 규모의 행정거리와 동일한 높이의 작용압력 Ut를 가져야 한다. 여기에서 동일한 조건의 전자가 방출한 모든 종류의 광파(자외선, 가시광선, 적외선 등)는 동일한 규모의 광물량으로 구성된다.

식 (43-17)의 내용처럼 n개의 1차 광파를 흡수한 자체진동의 전자로부터 2차 광파가 방출될 경우, 2차 광파의 방출을 방해하는 광파의 수량 m에 의해 광학적 스펙트럼의 계열효과가 결정된다. 즉 수소(H)의 전자가 갖는 광학적 스펙트럼의 다양한 계열효과는, 2차 광파의 방출을 방해는 광파의 수량 m으로 결정된다. 여기에서 광학적 스펙트럼의 모든 계열효과는 방해 광파의 수량 m을 반영하고, 모든 계열의 광에너지준위는 자체진동의 전자가 동시적으로 흡수한 광파의 수량 n을 반영한다.  

자체진동의 전자가 2차 광파를 방출하는 과정에서, 2차 광파의 방출을 방해하는 다른 광파(충돌 광파)의 수량 m=1은 라이먼(Lyman) 계열의 효과로 표출된다. 이러한 라이먼 계열의 광학적 스펙트럼이 형성되는 효과는 식 (43-17)의 내용을 참고하여

   ..................   (43-18)

의 구조로 표현할 수 있다. 여기에서 식 (43-18)의 구조로 표현한 라이먼 계열의 광학적 스펙트럼은 자외선의 영역을 갖는다.

자체진동의 전자가 2차 광파를 방출하는 과정에서, 2차 광파의 방출을 방해하는 다른 광파(충돌 광파)의 수량 m=2는 발머(Balmer) 계열의 효과로 표출된다. 이러한 발머 계열의 광학적 스펙트럼은 가시광선의 영역을 갖는다. 또한 방해 광파의 수량 m=3은 파센(Paschen) 계열로 표출되고, 이 파센 계열의 광학적 스펙트럼은 근적외선의 영역을 갖는다. 또한 방해 광파의 수량 m=4는 브래킷(Brackett) 계열로 표출되고, 이 브래킷 계열의 광학적 스펙트럼은 원적외선의 영역을 갖는다.

용광로의 내부처럼 광파의 분포밀도가 많은 영역에서는, 전자의 입자체제를 동시적으로 투과하는 흡수 광파의 수량 n과 방해 광파의 수량 m이 증가될 수 있다. 또한 흡수 광파의 수량 n이 증가될수록 광에너지준위는 높은 단계로 올라가고, 방해 광파의 수량 m이 증가될수록 광학적 스펙트럼의 계열효과는 낮아진다. 즉 광파의 분포밀도가 많은 영역에서는, 광파의 광압이 다양한 단계로 증폭되고, 광학적 스펙트럼이 넓은 범위로 확대된다.

용광로의 내부처럼 개체단위의 광파가 밀집된 영역에서는, 다수의 1차 광파가 하나의 2차 광파로 통합될 수 있는 확률적 기회도 증가한다. 이와 같이 다수의 1차 광파가 하나의 2차 광파로 통합되는 것은, 낮은 광압의 광파가 높은 광압의 광파로 변조되는 것을 의미한다. 즉 낮은 광압의 광파라도 높은 분포밀도를 가질 경우, 낮은 광압의 광파가 높은 광압의 광파로 증폭된다.

자체진동의 전자가 다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수하면, 이 전자의 팽창에너지와 수축에너지가 각각 다른 비율로 변화되는 효과에 의해, 팽창에너지와 수축에너지의 구조적 차별을 의미하는 전하기능이 감소한다. 또한 전하기능이 감소된 전자는 양성자에 대한 인력도 변화의 영향을 받는다. 그러므로 양성자와 전자의 전기적 상호작용을 반영한 정상적 궤도반경 ro의 거리(직경)가 확대고, 원자구조의 전체적 부피가 팽창될 수 있다. 즉 다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수한 전자는 양성자에 대해 결합력이 약화된다.

다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수한 자체진동의 전자는 전하기능이 감소되고, 이 전하기능의 감소작용에 의해 원자구조의 부피적 직경이 확대된다. 여기에서 전하기능의 감소작용과 원자구조의 부피적 팽창효과는 반드시 비례된다. 그러나 원자구조의 부피적 직경이 확대된 효과는 지극히 작은 규모를 갖는다. 만약 닐스 보어의 주장처럼 전자의 정형적 궤도반경이 낮은 단계로 이적(점핑)되는 효과에 의해 광파에너지를 방출한다면, 원자구조의 부피적 직경이 큰 변화를 가졌을 것이다.

자체진동의 전자가 다수의 1차 광파를 동시적으로 흡수할 경우, 이 자체진동의 전자로부터 방출된 광파가 스펙트럼의 에너지준위를 갖고, 이 광학적 스펙트럼의 에너지준위는 흡수 광파의 수량 n으로 결정된다. 여기에서 자체진동의 전자가 다양한 스펙트럼의 광파를 방출하더라도, 닐스 보어의 주장처럼 양성자에 대한 전자의 궤도반경(구면층의 직경)이 낮은 단계로 직접 점프하지 하지 않는다. 이러한 논리의 관점에서 닐스 보어가 주장한 광파의 양자모형과 양자역학은 폐기되어야 한다.

 

 

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