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상태 (state, 狀態)

작성일 2017-04-26
물질의 존재양식(存在樣式)을 나타내는 개념. 분야에 따라 그 정의 내용은 다르다. 사전적 의미로는 사물이나 현상이 현재 놓여 있는 처지나 모양을 뜻한다. 즉 상태란 물질이 존재하고 있는 형태나 양식(樣式)을 나타내는 말이다. 분야에 따라 상태란 개념에 대한 해석이 약간씩 차이가 있는데, 화학에서는 물질의 화학적 성질에 그 초점을 맞추고 있으며. 열역학에서는 열에 의해 변화하는 물질의 양 등 열에 대한 물질의 존재 방식을 뜻한다. 양자역학에서는 어떠한 역학계(力學系)의 상태가 파동함수(ψ)에 의해서 완전히 기술될 수 있는데, 이때 파동함수 하나에 표시되는 역학적 상태를 순수상태 또는 간단히 말해서 상태라고 한다. 양자역학(量子力學)에서는 역학계(力學系)의 상태가 1개인 파동함수 ψ(q)에 의해 완전히 기술되는데, 이 파동함수 하나에 의해 표시되어지는 상태를 순수상태 또는 간단히 상태라고 한다. 그런데 계(系)의 상태에 관한 우리의 지식이 불완전할 때는 특정한 파동함수 1개를 계에 적용시킬 수는 없다. 다만 적당히 선정된 일련의 파동함수 ψ₁, ψ₂, …(규격직교계로함)에 계가 존재할 확률 c₁,c₂, …을 지정할 수 있는데 불과하다. 이럴 때 계는 혼합상태에 있다고 한다. 혼합상태까지도 통일적으로 다루기 위해서는 식에 의해 정의되는 밀도행렬을 쓰는 것이 편리하다. 이 n는 힐베르트 공간에서의 양의 값인 자동수반연산자(自動隨伴演算子 )이고 ct, ψt는 그 고유값·고유함수에 해당한다. 따라서 임의의 양의 값 자동수반연산자 1개에는 반드시 이런 뜻에서의 상태 1개가 대응한다. 그 상태가 특히 순수 상태이기 위한 필요충분조건은 2= 4이다. 혼합상태의 개념은 특히 부분계(部分系)에 대해 중요하며 이를테면 온 계가 한 순수상태에 있을 때라도 그 부분계의 상태를 파동함수 하나로 나타내는 것은 일반적으로는 불가능하다. 이 때 온 계에 대한 밀도행렬을 적분하여 얻는 부분계의 그것은 일반적으로 혼합 상태를 나타내는 것이 된다. st
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