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파인만도 해석할 수 없었던 문제를 해명 ~패러데이의 전자기 유도 법칙과 로런츠 힘은 왜 같은 기동력을 내는 걸까~

2017/09/06

 쓰쿠바 대학 계산과학 연구 센터의 고이즈미 히로야스(小泉裕康) 준교수는 자기장을 가로지르는 도선에 생기는 유도기 전력이「패러데이의 전자기 유도 법칙」과 「로런츠 힘」이라고 하는 2가지의 본질적인 다른 방법으로 구하는 것이 가능한 것은 왜인가에 대해 해명했습니다. 이 유도기 전력을 구하는 문제는 고등학교 물리 교과서에도 있는 내용이며 친숙한 문제입니다. 그럼에도 불구하고 2가지의 본질적인 다른 방법으로 결과가 왜 일치하는 것인가에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않고 있었습니다.

 고이즈미 준교수는 전자의 운동을 양자 역학적인 파동함수에서 기술하는 것과 동시에 자기장을 게이지장으로하여 전기장, 자기장 대신한 게이지 퍼텐셜을 이용해 이 문제를 풀어냈습니다. 이 중 게이지 퍼텐셜이 가진 게이지의 자유도를 에너지 최소화라고 하는 조건으로 고정했습니다. 그로써 도선 중 전자의 양자 상태를 보이는 파동함수 위상 인자에서 2중성이 있는 것을 알게 되었습니다. 요컨데 위상 인자가 하나의 견해에서는 전자의 도선에 의한 방향의 로렌츠 힘의 병진운동을 보이며 다른 하나의 견해에서는 전기장이 생기는 시간에 의존하는 게이지 퍼텐셜과 대조를 이루었습니다. 이로써 고전 전자기학에서 보인 두 가지 본질적인 다른 방법에서의 기묘한 일치는 전자의 양자 상태를 보이는 파동함수의 위상 인자의 2중성에 의한 연결 결과인 것으로 밝혀지게 되었습니다.

게재논문

【제 목】 Flux Rule, U(1) Instanton, and Superconductivity (패러데이의 전자기 유도의 법칙U(1))
【저자명】 Hiroyasu Koizumi
【게재지】 Journal of Superconductivity and Novel Magnetism
  Doi: 10.1007/s10948-017-4302-3

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