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영점에너지(zero point energy)

작성일 2010-08-20

양자역학계의 입자가 바닥상태에서 지니는 에너지. 양자적(量子的) 상태에 있는 입자의 에너지는 가장 낮은 에너지 상태에서도 0이 안 된다.

또한 전자나 중성자 · 양성자 등 페르미 입자의 가스는 절대영도일 때도 0이 아닌 에너지를 가지고 있다.

이들 에너지를 영점에너지라 한다.

양자적 상태에 있는 입자가 공간적으로 유한한 범위 a를 가진 영역에서 운동하고 있을 때 그 운동량은 불확정성 원리에 의거, 평균값을 중심으로 하는 /a(는 플랑크 상수 h를 2π로 나눈 값) 범위의 값을 가지고 있다.

따라서 a가 무한대가 아닌 한 그 운동에너지는 결코 0이 될 수 없다.

마찬가지로 불확정성 원리 때문에 운동에너지가 유한인 입자는 공간의 한 점에만 존재할 수 없다.

이상과 같은 결과로 양자적 상태에 있는 입자는 위치에너지가 최저값에 머물러 있을 수 없어 그 에너지는 최저값보다 큰 값을 가진다.

분자가 접근하면 각 분자의 쌍극자간의 상호작용 때문에 각 분자의 영점에너지의 합은 감소하여 결과적으로 분자간에 인력적 효과가 발생한다.

또한 파울리 배타원리로 인해 전자가스 내의 각 전자는 에너지의 낮은 값의 순으로 각 양자적 상태로 하나씩 들어가 있어 전자가스 전체의 에너지는 0이 아닌 크기를 가진다.

이 때 전자가스는 영점에너지밀도의 2/3의 압력을 가지고 있다.

이것을 축퇴압(縮退壓)이라 한다.

백색왜성이 강한 중력에도 불구하고 그 형태를 유지하는 것은 전자의 축퇴압 때문이다.

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