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[과학] 양자역학에 대한 간단한 설명 [2117]



 
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    왠지 안읽을것 같지만 참견쟁이 물리과웨건이 스마트폰 속 양자역학에 대해 설명해주지. 스마트폰엔 알다시피 LED와 프로세서가 내장되어있지. 둘다 양자역학을 활용하지 않으면 개발 자체가 불가능한 물건인데, 둘다 결국 반도체로 이루어져있기 때문이지. 반도체는 어떻게 작동하느냐? 라고 물을 수가 있지. 일단 반도체가 부도체, 도체와 다른 이유를 알아보자. 도체, 부도체, 반도체의 차이점은 바로 에너지 밴드의 차이에 의해 결정된다고 알려져있지. 도체는 전자의 에너지밴드가 연결되어 있어고 그중 절반은 전자의 스핀 덕분에 비어있어서 전자가 그 에너지 간격으로 마구 왔다갔다 할 수 있지. 쉽게 이해하자면 도체는 원자 속 전자가 빠르던 느리던 관계없이 마구 움직일 수 있는 하이패스 도로라는거지! 반면 부도체와 반도체는 밴드 사이가 떨어져있는데 이를 밴드갭이라 해.이 부분에서는 전자가 존재할 수 없는 에너지 영역인데(이건 또 다른 양자역학적 이유가 있어) 이게 있어서 원자속 전자는 느리거나 빠르거나 둘중 하나로만 고정되다보니 서로 교류가 힘들고 결국 전기 전도성이 떨어지지. 다만 반도체는 아주 작게 떨어져있어서 조금만 쎄게 전압을 걸어주거나 충격을 주면 전자가 이동할 수 있을 수준이야. 주로 상온 수준에서 적절한 저항값을 지니는 녀석이지. 어머나 그럼 그 에너지밴드는 또 뭘까? 에너지밴드는 여러 원자가 뭉쳐있을 때 각자의 전자 상태가 중첩되지 않게끔 붙어있을려고 하다보니 생기는 에너지 상태들의 연속체를 의미해. 왜 전자의 상태는 중첩되지 말아야할까? 왜냐면 중첩되지 않는 편이 양자역학적 풀이에 의해 더 안정되기 때문이지! 이를 고등학교 화학에서는 훈트의 규칙이라고 불렀을거야. 이를 증명하는건 긴 수식이 필요해서 생략해야만하지만 schrodinger eq를 잘 풀어보면 전자 두개가 같은 궤도를 공유하는 것보다 위아래로 갈라져서 있는게 조금이라도 더 안정되기 때문이야! 세개 이상이면 말할 것도 없지. 그런 의미로 반도체는 도체 부도체와 달라. 어 얘기하고보니 사실 스마트폰까지 갈 필요도 없이 구리는 전기가 잘통하는데 돌멩이는 안통한다는 사실로도 충분히 양자역학은 설명이 되는것 같아. 아무튼 스마트폰의 기본중에서 기본이 되는 다이오드와 트랜지스터들은 기본적으로 반도체를 사용하니 양자역학적 해석이 없으면 이를 다룰 수 없을것 같아. 그리고 xx나노 공정이라는 말을 들어본적 있다면 xx나노에서 양자역학적 효과를 충분히 고려해야한다는 사실을 알아두길 바라. 원자 크기가 대개 1옹스트롬이고 10나노는 100배 차이가 나긴 하지만, 이정도 크기라면 충분히 양자 터널링 효과등등을 고려해야만 하겠지. 아 물론 안에 들어있는 Si원자가 움직인다는건 아니고 전자가 이동한다는거지만 말이야. 극도로 정밀한 프로세서들은 아주 작은 전류에도 민감하게 반응하기 때문에 이러한 거의 일어나지도 않는 터널링에 의한 전류를 고려해서 설계해줘야하지.
    15.05.13 02:01

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    그리고 양자역학의 확률을 잘못아는것 같은데, 해당 입자의 파동방정식을 완벽히 알고 있다면 특정 시간, 위치에서 어디에 어느 정도의 확률로 존재할지 알 수 있는건 사실이야. 하지만 이것이 해당 입자의 존재를 애매하게 만들지는 않아. 왜냐면 전 공간에 대해 존재 확률을 적분하면 1, 즉 존재한다가 되거든. 이 파동방정식에 의한 존재 확률은 엄청 넓은 공간에 일정하게 퍼져있는 것이 아니라 특정 위치가 높게, 즉 실제로 관측되는 위치가 가장 높은 확률을 가지고 그 외 부분은 낮은 정도지. 이러한 확률 분포는 애매하게 퍼져있다기보다 생각보다 좁은 영역에 걸쳐 있으므로 존재하느냐 마느냐 그런 애매함은 없다고 보는게 속 시원하지. 이를 쉽게 말하면 '입자성'을 지니기 때문이고 볼 수 있어
    15.05.13 02:06

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    마지막으로 양자역학을 믿지 못하겠느니 별거 아니라느니 하는 느낌인데 양자역학이라는건 현대 물리학의 기초중에서도 기초라는걸 알아두길 바라 물리학자 중 '저 양자역학 전공햇어요 ㅎㅎ' 하는 사람은 없지. 왜냐면 양자역학은 세부전공따위가 아니라 모든걸 하기 위해 기본으로 깔고 들어가는 베이스라서 그래. 물리 전공하는 사람이 양자역학을 안믿는다는건 수학과 나왔다는 아이가 숫자를 모르른다거나 컴공과 나온사람이 컴퓨터 켜고 끌줄도 모른다는 것과 같은 이치지. 양자역학은 그런 현대 과학의 기반이고, 이것이 개선될지언정 무너질 일은 거의 없다고 보는게 좋을거야. 마치 뉴턴 역학이 박살난지 100년이 넘었지만 아직도 쓰이는 것처럼 말이야.
    15.05.13 02:39

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    luxury건달 : 헤헷! 내가 최고라능! 니들이 틀렸다능! 탁탁탁탁 찍
    15.05.13 18:29

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     ̄ヽ、  _ノ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄     `'ー '´       O       o    /二__,--、r'"___、 ヾト、.ヽ レ'"~,-,、 !  ! ' '" ̄ .ノ\ヾ:、 K/ー'~^~_/  ヽミ:ー‐‐'"  ヽ i !〉ー―'"( o ⊂! ' ヽ  ∪ Y」_   i ∪  ,.:::二二ニ:::.、.      l !    :r'エ┴┴'ーダ ∪   ! !l .i、  .  ヾ=、__./      ト=. ヽ 、∪   ― .ノ     .,!
    15.05.15 19:56

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    더 복잡해졌어요
    15.05.10 07:43

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    로봇걸즈Z+ 보세요! 한달에 한번 5월 20일부터 방영중! | 15.05.22 09:44 | |

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    공대 수업때도 느낀거지만.. 이런식의 설명은 일반인들한테 전혀 도움이 안됨 앞뒤 내용이 전혀 연결이 안된다고 생각 못하나..
    15.05.10 10:30

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    웃긴게 현대과학을 믿지 못하는 사람들은 이렇게 정성적으로 설명해주면 이해를 못한다거나, 제대로 된 증명이 없다면서 말도 안되는 헛소리 하지 말라고 하고 그래서 수식으로 정량적으로 증명해주면 이번엔 정말 이해를 못하는데다가 어렵다면서 또 믿지 못하겠다면서 무시하더라구요. 어느쪽이던 볼 때마다 골치아픕니다. 주워들은 지식으로 오개념 퍼뜨리는 사람만큼 보기 안좋아요...
    15.05.10 11:00

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    과학에 인생을 걸게 아니면 '왜?' 라는 질문은 잠시 접어두고 '아 그냥 그런가보다.' 하고 넘어갔으면 하는 바람입니다. | 15.05.10 11:01 | |

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    당장 구글만 검색해도 관련 논문이나 대학 강의자료가 쏟아져 나옵니다. 알고자 하면 충분히 알 수 있습니다. 이해 못 시키는 게 문제입니까? 이해 할 의지가 없는 게 문제지. 이해 하고 싶지 않으면 그냥 그런가보다 하고 넘어가면 됩니다 | 15.05.10 14:47 | |

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    왜?라는 질문이 그만큼 위험하기 때문이죠. 위 영상을 보고 입자성과 파동성이 왜 공존해여만 하는가? 라고 묻는다면 제대로 대답해줄 수 있는 물리학자는 많지 않을겁니다. 끽해봐야 이런 실험 결과상 그렇게 나왔다 정도겠죠. 실제로 과학자들도 왜? 라는 질문은 많이 묻지 않고 하는편입니다. F=ma가 왜 이런지, 중력은 왜 존재하는지 에너지 보존은 왜 되는지, 운동량은 왜 보존되어야만 하는지 따위의 질문들은 할 필요가 없는 자연현상이니까요. 일반인들은 그런 근본적인 질문을 하고 이해가 안된다면서 말도안된다고 치부하기 십상입니다. 양자역학이 확률놀이이기 때문에 믿지 못하겠다는것처럼요. 자연이 그렇게 만들어졌는데 어떡한답니까... 왜? 라는 질문은 어떤 매커니즘으로 움직이는가 같은 질문 이외에는 철학적인 영역이 되기 때문에 위험한 질문이고 관련자가 아닌 이상 이해하는데 도움이 되기 위해서 그런가보다 하고 넘어가는게 더 좋을거라고 생각해서 저런 글을 달았습니다. | 15.05.10 15:40 | |

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    꼬북꼬북// 그래서 과학자들은 '왜?' 보다는 '어떻게?'를 많이 물어 봅니다. F=ma가 어떻게 이런지, 중력은 어떻게 존재하는지 에너지 보존은 어떻게 되는지, 운동량은 어떻게 보존되어야만 하는지 따위의 질문들을 하는 거죠. 자연현상이 이리저리 알아보고 실험해보고 하니까 이럴때 이렇게 되더라...니까요. 일반인들은 그런 근본적인 질문을 하고 있지만, 과학자들은 흐름을 이야기하니 서로 이해가 안 되는 겁니다. | 15.05.13 22:12 | |

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    솔직히 저는 이 댓글을 달 때까지는 이 댓글에 딱 맞는 사람이 바로밑에 나타날줄은 상상조차 하지 못했습니다. | 15.05.17 18:09 | |

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    이분 암 걸리실 듯 | 15.05.17 23:06 | |

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    지식이 얕은 사람은 그 얕은 지식을 남을 까내리거나 비속어 등으로 채우려고 하기 마련이지요. 휘말리지 마시길 바래요~ | 15.05.18 15:34 | |

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    애초에 이과쪽 나온것처럼 보이는 사람이 '이론'이라는 게 무슨 의미인지도 혼동하고 있군요. 양자역학이 과학이 아니라니.. 그나마 말이 통할 거라고 생각하시며 댓글 달아주신 노고 덕에 이 글이 이리 흥하네요. | 15.05.19 16:40 | |

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    건달// 님은 과학적 지식 논하기 이전에 대화하는 법 부터 터득해 오셔야 할듯 ^^ | 15.06.06 06:01 | |

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    근데 에너지보존이나 운동량보존은 기본 전제에서 나오는거라 왜가 필요할지도.. | 15.07.18 01:08 | |

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    건달님 저기 죄송한데 제가 정보보호학과 대학원 나왔거든요 님 신상좀 알아봐도 될까요? 얼마나 잘 나신 분인지 궁금한데? | 15.07.27 18:59 | |

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    양자물리학 자체가 우리가 직접 느끼는 거시적 세계가 아닌 미시적세계의 물리이론이라 잘 안 와닿긴 하지요
    15.05.10 13:04

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    이해는 못하지만 신기방기.. 걍 그런가보다 해야지..
    15.05.10 14:32

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    ↓↓↓↓[소환사의 협곡에 오신것을 환영합니다]↓↓↓↓ | 15.05.19 13:20 | |

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    밑에 보이는 럭셔리 건달은 항상 아는건 쥐뿔도없는데 지상상으로 뻘소리한다음에 누가 태클걸면 자꾸 논점회피하면서 헛소리하는 어글러입니다 어차피 아는게 없어서 틀렸다고 말해줘도 알아듣지도 못함 병먹금 애초에 양자역학은 과학이 아니다 도 개소리고 슈레딩거의 고양이가 뭔지도 잘모르는데다가 슈레딩거의 고양이에 대해서 아무것도 이해못하고 50퍼센트는 살아있고 죽어있다는 이런 어디서 주워들은거가지고 확률/통계학이라는 소리를 하고있는데 예랑 말싸움을 하면 무슨 소용이 있나요 ㅋㅋ | 15.05.19 15:31 | |

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    밑에 나름 이과 고등학생정도 일거같은 아이에게, 전공자가 열심히 설명하는 모습이 보여 안타깝다. | 15.05.21 14:46 | |

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    웃기고있네 ㅋㅋ 양자역학은 과학이 아니야. 슐레딩거 아냐? 고양이가 상자안에서 살았던가 죽었던가 ㅋㅋ 그건 과학이 아니라 확률학, 통계학이야, 의미가 없는거지 사실관계 규명이 안되서 의미가없어, 지금 현재로써는 그래 근데 미시세계를 설명하는데 어느정도는 일리가있지, 수소원자라던가, 그래서 대학에서 관련학과에서만 제한적으로 배우는거야 왜냐면 보편타당한 이론이 아니거든 아직은 ㅋㅋ 어디서 동영상 한편 복붙하지말고 니 의견을 씨부려봐라
    15.05.12 22:39

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    참 웃기지도않네 ㅋㅋㅋ | 15.05.12 22:41 | |

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    보편 타당한 이론이고 이미 양자컴퓨터가 실용화 된게 그 증거라는거 모르냐? 제대로 알지도 못하고 헛소리하네 | 15.05.12 22:48 | |

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    그리고 슈뢰딩거의 고양이? 그거 실제로 시행되지도 않았거든 ㅋㅋㅋ | 15.05.12 22:50 | |

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    뭐가 실용화되? 너 양자컴퓨터 본적있어? 그거 골방에서 전문가들만 다루는건데 뭐가 실용화가되 이 ㅄ아 그리고 양자 이론적 기초가 그 고양이나 불확정성 원리라고 | 15.05.12 22:52 | |

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    이미 양자컴퓨터 나왔어 D-Wave One이라고 1000만 달러라서 우리는 못사겠지만 나오긴 했어 이것아 | 15.05.12 22:55 | |

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    나온거 누가 모르냐? 니가 실용화 됬다며 ㅋㅋ 아주 이제는 오락가락하네 아는척 하다가 개털리니까 당황스럽지? | 15.05.12 22:57 | |

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    나온게 사실상 실용화지 ㅄ아 너 대체 실용화가 뭔지 아냐? 실제로 쓰이니까 실용화라고 하는거야 너 머리 참 안돌아간다? 국어는 제대로 배웠냐? | 15.05.12 23:02 | |

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    후... 실용화라는 의미는 일상생활에 어느정도 적용된걸 말하는거지. 이 쪼다야... 어거지도 정도껏 부려라 너랑 얘기할 가치를 못느낀다. ㅋㅋ | 15.05.12 23:04 | |

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    실용화 (實用化) [명사] 실제로 쓰거나 쓰게 함 멍청이 보소 | 15.05.12 23:06 | |

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    그리고 그거 도망가는 사람 고정 멘트다? | 15.05.12 23:07 | |

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    아니 ㅋㅋ 너 말할수록 니 무식함만 드러나고있어 이제 스마트폰과 양자역학의 연관성좀 설명해보지그래? | 15.05.12 23:08 | |

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    내가 말하는건 네가 직접 말한 하이젠베르크의 불확정성원리를 설명해라 다 이것아 화제를 냅다 바꿔버리네? 너 아무것도 모르지? | 15.05.12 23:10 | |

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    할말없냐? 연관성 설명할수 없어? ㅋㅋ | 15.05.12 23:11 | |

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    결국 넌 할 수 있는 말도 없고 무식함만 실컷 인증하다 갔네 그리고 너 항공우주학과 나왔냐? | 15.05.12 23:12 | |

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    아니 화제를 돌리지마. 왜 계속 화제를 돌리냐?? | 15.05.12 23:13 | |

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    너야말로 할 수 있는 말은 없냐? 난 실컷 설명했는데 넌 어떻게 '뭐 뭐 뭐라고?' 수준이냐 어디 정치 좀 하시나 봅니다? | 15.05.12 23:16 | |

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    뭘 설명을해 ㅋㅋㅋ 양자역학이 어떻게 적용되는지 간단한 원리나 알고리즘을 말해줘야지 뭘 설명했다는거야 ㅋㅋㅋ 참 웃긴넘이네 | 15.05.12 23:17 | |

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    후... 말을 해도 못알아먹냐 어떻게 작은구멍 2개에 각각 레이저를 쏘면 알잖아 임마 위에도 설명 나와있네 돌대가리 | 15.05.12 23:19 | |

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    작은구멍 2개에 레이저를 왜쏴? 그걸 설명해줘야 알아듣지, 헛소리가 이제 막장이네 | 15.05.12 23:21 | |

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    니가 생각하는 레이저 말고 직선으로 나가는 빛 말이얔ㅋㅋㅋㅋㅋ 이젠 아주 헛소리를 오지게 하네 | 15.05.12 23:22 | |

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    그냥 모른다고 해 이 등신아 | 15.05.12 23:23 | |

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    그러니까 그걸 왜쏘냐고. 쏘는 이유가 뭔지, 그게 전송하는데 어떤역할을 하는지 말을 하라니까. | 15.05.12 23:24 | |

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    실험을 하는데 쓰지 그 외의 다른 이유가 필요해? 윗 영상만 봐도 결과 나오잖아? 그냥 모른다고 인정하면 진작에 끝났을 것을 | 15.05.12 23:26 | |

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    실험얘기는 왜나오냐. 실제 실용화되서 스마트폰에 어떻게 쓰이는지를 말하라니까 | 15.05.12 23:27 | |

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    까놓고 말해서 이미 오래전부터 소형화하는데 쓰였어 등신아 너 아랫 게시물에 반박자료가 너무 많아서 이쪽으로 무대를 옮겼냐? 결국 넌 이해가 안되지? | 15.05.12 23:31 | |

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    부품을 소형화 하는데 양자역학이 쓰였다고? ㅋㅋㅋㅋㅋ 진짜 웃음밖에 안나오네 폰이 작아지는건 물리적인 크기만 작아지는거고 그건 한계가있어 양자는 원자 자체가 하나의 존재가 아니라. 수백만배 현미경을 들이대고보면 확률분포로 나타난다는거잖아. 존재일수도있고 아닐수도있고 이건 현실세계에는 적용이 안되. 미시세계 얘기지 근데 부품 작아지는거랑 무슨관련이 있다는거냐고 ㅋㅋ | 15.05.12 23:33 | |

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    이것아 부품이 작아지니 미시세계 이론도 적용해야지 참 니 머리도 한계가 보이네 | 15.05.12 23:37 | |

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    이 무식아 니가말하는 초소형기계 그런건 나노과학 이라는거고 양자역학은 그수준이 아니여, 원자를 쪼개서 분석할정도라서 부품크기와는 관련없어 이 븅삼아 ㅋㅋㅋ 아 진짜 무식한넘이 용감하다더니 , 정말 답없네 | 15.05.12 23:38 | |

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    너 댓글지우고 도망가지마라 ㅋㅋ 니 무식함을 오늘 모든 루리인들에게 공개하는 날이다 | 15.05.12 23:39 | |

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    니가 말하는 나노과학에 양자역학도 포함되는데요 등신아 | 15.05.12 23:40 | |

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    너 시발 댓글 지우고 도망갈 셈이냐 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ | 15.05.12 23:40 | |

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    안포함되. 차원이 다른데 ㅋㅋ | 15.05.12 23:41 | |

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    뭔 글올려놓고 잘난척하더니 폰이 무슨원리로 작동되는지도몰라 | 15.05.12 23:42 | |

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    같은 차원이야 등신아 너 나노가 뭔지나 야냐? | 15.05.12 23:42 | |

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    그러면 넌 잘아는 모양이지? 설명할 수 있으면 설명해보시든갘ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ | 15.05.12 23:43 | |

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    반도체에도 쓰이는 걸 안쓰인다고 헛소리 하고 자빠졌네 | 15.05.12 23:44 | |

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    이새키 완전 초딩이네 ㅋㅋ | 15.05.12 23:44 | |

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    부품에 어떻게 쓰이냐고 이 ㅄ아 왜 대답을 못해 | 15.05.12 23:45 | |

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    그러니까 내가 이만큼이나 힌트를 줬는 데도 넌 결국 아무것도 모르냐? 아직도 너의 무식을 인정하기 싫냐? 너 도체 부도체 상태는 알아? 반도체는 그 중간이고 임마 | 15.05.12 23:47 | |

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    ㅋㅋ 반도체 부도체 초딩지식 가지고 아는척하네 너 솔직히 초딩이지? ㅋㅋㅋ 힌트를 주지말고 구체적으로 설명을해봐. 난 니말을 도저히 이해못하겠어 ㅋㅋ | 15.05.12 23:48 | |

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    너 파울리의 베타원리도 모르지? 그러면서 반도체에 대해서 초딩지식 운운하냐 kT/q = D/μ도 쓰잖아 임마 | 15.05.12 23:49 | |

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    뭔가 사실관계를 혼동하시네요. 슈뢰딩거의 고양이는 슈뢰딩거가 양자역학을 깔려고 만든 사고실험입니다. 그리고 어느 물리학자에게 물어보세요... 현대물리학의 양대축은 상대성물리와 양자역학이라 말 할겁니다. 양자역학은 현상을 설명하기 위해 나왔고, 현재 이보다 더 미시세계를 잘 기술할 수 있는 이론 체계는 없습니다. | 15.05.12 23:50 | |

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    결국 무식하니 그런 헛소리가 나오는거지 그러니 너의 그 쓰잘데기 없는 근성에 경의를 표하지 | 15.05.12 23:50 | |

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    ㅋㅋ 너 어디서 줏어들은거 막 쓰지말고 스마트폰과 양자역학이 어떤원리로 접목이 되는지 알고리즘을 설명해봐 서술형 30점짜리 문제야 ㅋㅋ | 15.05.12 23:51 | |

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    luxury건달 // 결국 넌 내가 쓴 단어 하나하나에 반응해서 니 머리속에서 괴상하게 짜인 뉴런 속에서 '아! 얘는 이겨야지'같은 멍청한 생각으로 헛소리 나불대며 아몰랑만 시전중이라는 거지? 괜시리 그런 헛소리 하는 거 보면 니 사고패턴도 알 만 하다 | 15.05.12 23:53 | |

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    아니 주제와 상관없는 헛소리 하지 말라니까 그러네? ㅋㅋㅋ 알아 몰라, 그것만 말해. ㅋㅋ | 15.05.12 23:54 | |

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    luxury건달 // 위에 쓴거 그리고 아랫글의 댓글들 보고도 이해 못하면 그냥 니가 이해 못하는 등신인거다 그러니 시험 드립이나 치고 아는 척 쫄리면 사라지기나 시전하지 | 15.05.12 23:57 | |

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    네 부모님께 한번 물어봐라 너보다는 잘 아시겠지 안그러냐? 항공우주학과 양반 나으리 | 15.05.12 23:58 | |

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    아까 니가 말한거 계속 우기는거야? 부품크기 줄이는데 양자역학이 사용된다고? 참 할말이없네... 무식하면 용감하다는 속담이 진짜네.. | 15.05.12 23:58 | |

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    무식한건 너겠지 아니면 슐레딩거 운운 하겠냐? 애초에 그건 양자역학 까려고 나온건데 등신아 | 15.05.13 00:00 | |

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    무식하면 말도 안통한다더니 쯧쯧 | 15.05.13 00:00 | |

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    슐레딩거가 왜 양자역학을 까냐. 슐레딩거 방정식이 양자역학의 가장 대표적인건데 ㅋㅋ 그나저나 양자역학으로 부품크기 줄이는거 어떻게하는지 설명좀 진짜 몰라서 묻는거야 ㅋㅋ | 15.05.13 00:01 | |

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    뭐냐 10분동안 댓글을 안달어 ㅋㅋ 도망갔냐? 아이구 참.. 이런 븅삼하고 지금까지 뭐한건지 ㅋㅋㅋ 근데 재미는있네. ㅋㅋㅋ | 15.05.13 00:10 | |

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    그 방정식 만든 사람은 설마 자기가 양자역학에 도움을 줄 줄 몰랐겠지 그건 아인슈타인도 마찬가지고 '신은 주사위 놀음을 하지 않는다' 였었나 | 15.05.13 00:14 | |

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    야 도망 안갔어 이리와 | 15.05.13 00:15 | |

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    설명하는데 왜 안기다리고 니가 도망가 | 15.05.13 00:20 | |

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    왠지 안읽을것 같지만 참견쟁이 물리과웨건이 스마트폰 속 양자역학에 대해 설명해주지. 스마트폰엔 알다시피 LED와 프로세서가 내장되어있지. 둘다 양자역학을 활용하지 않으면 개발 자체가 불가능한 물건인데, 둘다 결국 반도체로 이루어져있기 때문이지. 반도체는 어떻게 작동하느냐? 라고 물을 수가 있지. 일단 반도체가 부도체, 도체와 다른 이유를 알아보자. 도체, 부도체, 반도체의 차이점은 바로 에너지 밴드의 차이에 의해 결정된다고 알려져있지. 도체는 전자의 에너지밴드가 연결되어 있어고 그중 절반은 전자의 스핀 덕분에 비어있어서 전자가 그 에너지 간격으로 마구 왔다갔다 할 수 있지. 쉽게 이해하자면 도체는 원자 속 전자가 빠르던 느리던 관계없이 마구 움직일 수 있는 하이패스 도로라는거지! 반면 부도체와 반도체는 밴드 사이가 떨어져있는데 이를 밴드갭이라 해.이 부분에서는 전자가 존재할 수 없는 에너지 영역인데(이건 또 다른 양자역학적 이유가 있어) 이게 있어서 원자속 전자는 느리거나 빠르거나 둘중 하나로만 고정되다보니 서로 교류가 힘들고 결국 전기 전도성이 떨어지지. 다만 반도체는 아주 작게 떨어져있어서 조금만 쎄게 전압을 걸어주거나 충격을 주면 전자가 이동할 수 있을 수준이야. 주로 상온 수준에서 적절한 저항값을 지니는 녀석이지. 어머나 그럼 그 에너지밴드는 또 뭘까? 에너지밴드는 여러 원자가 뭉쳐있을 때 각자의 전자 상태가 중첩되지 않게끔 붙어있을려고 하다보니 생기는 에너지 상태들의 연속체를 의미해. 왜 전자의 상태는 중첩되지 말아야할까? 왜냐면 중첩되지 않는 편이 양자역학적 풀이에 의해 더 안정되기 때문이지! 이를 고등학교 화학에서는 훈트의 규칙이라고 불렀을거야. 이를 증명하는건 긴 수식이 필요해서 생략해야만하지만 schrodinger eq를 잘 풀어보면 전자 두개가 같은 궤도를 공유하는 것보다 위아래로 갈라져서 있는게 조금이라도 더 안정되기 때문이야! 세개 이상이면 말할 것도 없지. 그런 의미로 반도체는 도체 부도체와 달라. 어 얘기하고보니 사실 스마트폰까지 갈 필요도 없이 구리는 전기가 잘통하는데 돌멩이는 안통한다는 사실로도 충분히 양자역학은 설명이 되는것 같아. 아무튼 스마트폰의 기본중에서 기본이 되는 다이오드와 트랜지스터들은 기본적으로 반도체를 사용하니 양자역학적 해석이 없으면 이를 다룰 수 없을것 같아. 그리고 xx나노 공정이라는 말을 들어본적 있다면 xx나노에서 양자역학적 효과를 충분히 고려해야한다는 사실을 알아두길 바라. 원자 크기가 대개 1옹스트롬이고 10나노는 100배 차이가 나긴 하지만, 이정도 크기라면 충분히 양자 터널링 효과등등을 고려해야만 하겠지. 아 물론 안에 들어있는 Si원자가 움직인다는건 아니고 전자가 이동한다는거지만 말이야. 극도로 정밀한 프로세서들은 아주 작은 전류에도 민감하게 반응하기 때문에 이러한 거의 일어나지도 않는 터널링에 의한 전류를 고려해서 설계해줘야하지. | 15.05.13 02:01 | |

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    그리고 양자역학의 확률을 잘못아는것 같은데, 해당 입자의 파동방정식을 완벽히 알고 있다면 특정 시간, 위치에서 어디에 어느 정도의 확률로 존재할지 알 수 있는건 사실이야. 하지만 이것이 해당 입자의 존재를 애매하게 만들지는 않아. 왜냐면 전 공간에 대해 존재 확률을 적분하면 1, 즉 존재한다가 되거든. 이 파동방정식에 의한 존재 확률은 엄청 넓은 공간에 일정하게 퍼져있는 것이 아니라 특정 위치가 높게, 즉 실제로 관측되는 위치가 가장 높은 확률을 가지고 그 외 부분은 낮은 정도지. 이러한 확률 분포는 애매하게 퍼져있다기보다 생각보다 좁은 영역에 걸쳐 있으므로 존재하느냐 마느냐 그런 애매함은 없다고 보는게 속 시원하지. 이를 쉽게 말하면 '입자성'을 지니기 때문이고 볼 수 있어 | 15.05.13 02:06 | |

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    그놈의 바늘구멍 실험을 왜했느냐? 라는 질문도 있지. 파동의 특성에 호이겐스 아저씨였나? 아마 맞을거야 그사람이 파동에 대한 많은 견구를 했을텐데, 그중 하나가 파동은 이동할 때 항상 이동하면서 새로운 원형 파를 만든다는 호이겐스의 원리였나? 잘은 기억안나는데 그런게 있어. 빛이 바늘구멍을 통과한다 할때 통과직후 새로운 원을 그리기 때문에 나가자마자 원형파로 주변에 전파될거야. 그게 만약 두개라면? 두 구멍에서 나온 빛은 서로 퍼저나가다가 파동끼리 간섭을 하게되지. 파동의 간섭. 중학교 과학시간에도 배우는 한쪽은 위로 흔들고 반대쪽은 아래쪽으로 흔든다면 중간에서 파동은 없어지는 상쇄간섭의 원리 바로 그거에 의해 퍼저나간 빛은 보ㅁㅁ섭되거나 상쇄간섭되지. 그래서 빛이 두 구멍을 통과하면 물결 무늬가 생기는거야. 이거슨 빛이 파동이기 때문에 생기는 현상이지. 만약 입자라면? 구멍에서 입자가 튀어나오는데 아래 입자가 있다고 위에 입자가 간섭되진 않겠지? 두사람이 나란히 총을 쏘는데 총알이 막 두사람 가운데 가서 박히진 않을거아냐? 그런것처럼 입자는 그런 효과가 없어야 정상이야. 하지만 전자나 다른 입자로 실험해보니 마치 파동처럼 물결무늬가 나타났다는거지. 어머 우린 입자로 알고있었는데 사실 파동의 성질도 가졌던거야! 물론 전자의 입자성은 아인슈타인 아저씨가 노벨상 받은걸로 잘 설명했으니까 입자적인 성직을 가진다는것도 반박이 안되는 사실이고, 결국 두가지 성질을 동시에 가진다는 결론을 낼 수 밖에 없는거지. | 15.05.13 02:26 | |

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    마지막으로 양자역학을 믿지 못하겠느니 별거 아니라느니 하는 느낌인데 양자역학이라는건 현대 물리학의 기초중에서도 기초라는걸 알아두길 바라 물리학자 중 '저 양자역학 전공햇어요 ㅎㅎ' 하는 사람은 없지. 왜냐면 양자역학은 세부전공따위가 아니라 모든걸 하기 위해 기본으로 깔고 들어가는 베이스라서 그래. 물리 전공하는 사람이 양자역학을 안믿는다는건 수학과 나왔다는 아이가 숫자를 모르른다거나 컴공과 나온사람이 컴퓨터 켜고 끌줄도 모른다는 것과 같은 이치지. 양자역학은 그런 현대 과학의 기반이고, 이것이 개선될지언정 무너질 일은 거의 없다고 보는게 좋을거야. 마치 뉴턴 역학이 박살난지 100년이 넘었지만 아직도 쓰이는 것처럼 말이야. | 15.05.13 02:39 | |

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    ㅋㅋㅋ 똘추들 밤새 이불킥 하고있었구만 위에 영어도 괜히 별거아닌내용 길게쓰지말어라 ㅋㅋㅋ 뭐? 양자역학적 해석이 있어야 반도체를 만들수있어? ㅋㅋ 반도체가 뭔지는 알어? 정류하는거아녀. 교류를 직류로 전기적 성질을 변환하는거라고, 근데 양자역학이 거기에 왜필요해? ㅋㅋㅋ 제조공정에서 어떻게 적용되는데? 그냥 두리뭉실하게 싸질러놓으면 오오~~ 하면서 믿어줄줄 알았지? ㅋㅋ 스마트폰이 뭐냐면 기존의 아날로그 전화기에 cpu를 탑재한거 뿐이야 음성신호를 전기신호로 변환, 받는쪽에서는 그 역변환이 이루어지고, 이게 전화기 역할이고 데이터전송은 어떻게하는지알어? 전파로하지, 주파수 말이여. 그러니까 주파수대역폭을 크게해야 많은 전송이 이루어지는거고, cpu가 그걸 받아서 처리하잖어 이 과정에서 양자역학은 어디에도 쓰이지않어 안쓰인단 말이야. 똘추들아 안쓰인다고 몇번을 말해야 알아듣냐 ㅋㅋㅋ | 15.05.13 07:36 | |

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    콕 찝어서 말해봐. 어떤공정에 양자역학이 적용되는지 양자역학이 뭔지는 알지? 미시세계의 원자분포는 확률적이다 << 이게 한줄요약이다 ㅋㅋ 원래 전문가는 가장 알기쉽게 설명하는거야 그냥 어디서 막 복붙해서 장황하게 써놓는건 니들같은 똘추들이고 자 그럼 답변남겨봐, 어떤공정에 어떻게 적용되는지 퇴근하고 확인할게 ㅋㅋ | 15.05.13 07:53 | |

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    책도 안읽으면서 어디서 줏어들은 지식 가지고 아는 척 하네 공부나 한 번 더 해라 너같은 놈은 몇 번을 해도 모자라겠지만 | 15.05.13 08:03 | |

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    명왕성 아이스크림 그 방정식 만든 사람은 설마 자기가 양자역학에 도움을 줄 줄 몰랐겠지 그건 아인슈타인도 마찬가지고 '신은 주사위 놀음을 하지 않는다' 였었나 00:14 | 신고 하기 | 1 아참 이 ㅄ은 댓글좀 달지마라. 수준차이나서 대화 못하겠다 ㅋㅋ | 15.05.13 08:07 | |

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    그 잘난 수준 한번 자랑해보시지 ㅋㅋㅋ 결국 넌 내가 하는 말에 아무 말도 못했잖아 임마 | 15.05.13 08:10 | |

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    지식수준 하고는 ㅉ 저녁에 보자 이 새키야 | 15.05.13 08:13 | |

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    워워 명왕성님 진정하세요. 건달 이분은 지금 자기는 납득해줄 생각이 없지만 자기를 납득시킨다면 이해해주겠다는 전술 시전중이거든요. 고등학교 수준에서 양자역학을 설명하는 재주를 부릴 수 있지 않는 한 이사람 납득시키는 거 불가능합니다. | 15.05.13 12:00 | |

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    그리고 미시세계랑 현실을 구분해서 말하시는데, 미시랑 거시 둘이 합쳐서 현실세계입니다. 나노양자연구소, 양자 반도체 연구소 이런 곳들이 괜히 있는 게 아님 | 15.05.13 12:07 | |

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    아오 2천바이트짜리 다이오드, 트랜지스터의 원리에 대해 장문 쓰다가 한번 날려버려서 짧게 양자역학 얘기나 해볼게 양자역학은 미시세계의 분포는 확률적이다 라는게 아냐. 양자역학을 굳이 한줄로 줄이자면 미시세계에서의 입자는 양자적 성질을 지닌다 정도가 맞겠지. 뭐가 다르냐고? 양자란 니가 말한 확률적 움직임은 기본이고 입자성과 파동성 및 가장 핵심적인 에너지의 불연속성을 내포한 말이야. 양자역학은 니가 자꾸 중요시하는 확률론적 움직임따위가 핵심이 아니라고봐. 바로 에너지의 불연속성이 양자역학에서 가장 중요한 내용이지. 에너지의 불연속성이 뭐냐고? 모든 입자가 가지는 에너지는 가장 작은 최소 단위의 정수배로만 가질 수 있다는거야. 그러한 에너지의 불연속성으로 원자의 전자 궤도가 설명되고(없으면 맥스웰 방정식에 따라 전자는 전자기파를 방출하면서 원자핵으로 빨려들어가야하지) 그러한 원자들의 궤도와 여러 원자가 뭉쳤을 때 생기는 중첩된 에너지 상태, 즉 에너지 밴드를 이용하는게 반도체를 아우르는 현대 고체 물리학의 기본중의 기본이지. | 15.05.13 16:01 | |

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    양자역학이 왜 '양자'역학이겠니? 양자도 모르면서 양자역학에 대해 안다는둥 자꾸 이상한 말을 하니 답답할 따름이다. | 15.05.13 16:18 | |

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    흔히 말하는 반도체에 대해서도 설명해주지. 반도체는 뭐, 굳이 단어풀이하면 위에서 언급한대로 반만 통하는 도체야. 대개 Si나 Ge같은 4족 원소나 3,5족을 섞은 GaAs같은 물질들을 의미해. 정류하는건 보통 다이오드나 다른 방법을 쓴단다. 반도체를 이용하는건 맞지만 반도체의 아주 극히 일부일 뿐이야. 교류를 직류로 바꾸는건 변압기를 쓰는거고 이는 사실 양자역학까지 갈것도 없고 맥스웰 아저씨만 출동해도 충분히 설명이 가능해. 요즘 변압기가 너무 작아서 반도체를 쓰는거같은 기분도 들긴 하지만 관련자가 아니라 그건 모르겠네. 반도체가 왜 필요하냐라... 니가 말한 정류하는 기능인 다이오드를 생각해보자. 다이오드가 어떻게 구성됬는지 최대한 간단히 설명해볼게. 위에서 말한 Si에 3,5족 원소를 아주 극히 일부 넣으면(도핑한다고 하지) 원자 배열이 아주 살짝 무너지는 대신 그 부근에는 주변 Si들에 비해 상대적으로 +나 -인 상태가 되지. 왜냐면 Si들은 최외각 전자가 4개씩인데 쟤네는 3개나 5개라 적거나 넘치거든. 그렇게 도핑한 각각 3,5족을 도핑한 Si판끼리 붙이면 어떻게 될까? 한쪽은 +고 한쪽은 -이니 그 사이에서 전기장이 형성됨과 동시에 에너지 밴드에도 문제가 발생해. 예를 들어 A,B 두가지 물질을 연결했다고 치자. A의 에너지밴드 구조에서 1~4는 전자가 존재할 수 없는 영역이 구성되었고 그 외에는 전자가 있을 수 있다 치자. 전자 궤도가 높아지려면 1->4만큼 궤도가 상승하기 위해 그 차이만큼의 에너지가 있어야하지. B는 3~7이 전자가 존재할 수 없게 되었다 치자. 이러한 두가지 A,B 물질을 합치면 에너지 밴드 구조는 두물질의 접합부에서 낮은쪽은 1~3, 높은쪽은 4~7로 부드럽게 변해가지.(https://www.google.co.kr/search?q=diode+energy+band+diagram&newwindow=1&hl=ko&rls=com.microsoft:ko-KR:IE-SearchBox&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=YQVTVcLbAoOL8QXB5YDQCw&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1625&bih=909 그림들 참고) 여기에 전압, 즉 전자가 에너지밴드를 뛰어넘을 수 잇는 에너지를 투입해준다고 해보자. A->B로 전자가 이동하기 위해서는 낮은 1의 궤도의 전자가 높은 7의 궤도로 이동해야하기 때문에 원래 쌩 A에서 전압을 연결했을 때는 3만 올라가도 되엇는데 이제는 7이라 전류가 잘 안흐르게되. 반면에 B->A로 전압을 걸면 원래는 3에서 7로 4를 올라가야했는데 이제느 3에서 4로 겨우 1만 더 에너지를 높이면 높은 궤도로 올라갈 수 있게되었지. 즉, 전류가 쌩 B에서보다 더 잘흐르게 되. 이러한 원리로 한쪽 방향으로만 전류가 잘 흐르는걸(이방향을 정전압이라 해) 다이오드라고 한단다. 위에서 말한대로 에너지 밴드 구조의 기본은 양자역학에서 왔기 때문에 다이오드 구조는 당연히 양자역학적 효과 때문에 일어난다고 봐야하지. 트랜지스터도 말하고싶지만, 이거는 조금 더 복잡한 구조이기 때문에 생략할게. 설마 다이오드가 스마트폰에 하나도 안들어간다고 생각하진 않을테고 말이야. 여기나온 모든 내용은 다 양자역학적 사실이 뒷받침하기 때문에 가능해. 전자 궤도가 왜 저렇게 생기는지, 왜 전자는 랜덤하게 안돌아다니고 훈트의 룰에 따라 원소마다 최외각 전자가 존재하는지, 물체마다 다른 전기 전도도의 문제, 전자가 있는게 허용된 에너지 준위 전자가 있을 수없는 에너지 준위와 에너지 밴드, 전자의 에너지 준위 상승 조건 등등 모든게 다 양자역학적 설명이 없으면 이유를 알 수 없는 사실들 뿐이지. 결국 이런건 제조공정까지 갈 필요도 없고, 그 칩의 제작 원리 자체에 내장되기 때문에 공정은 생략할게 | 15.05.13 17:05 | |

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    luxury건달 : 헤헷! 내가 최고라능! 니들이 틀렸다능! 탁탁탁탁 찍 | 15.05.13 18:29 | |

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    luxury건달 // 어차피 네가 진거나 다름 없겠지? 이렇게나 몰려들면 아무리 억지를 써도 뭐라 말 못하잖아 그치? 이렇게 된거 고운말 좀 쓰고 다른 사람에게 귀도 좀 귀울여봐라 그러면 네 편도 생기겠지 그리고 기왕이면 하나만 묻자 왜 네가 자기지식 뽐낼 때마다 니 편은 없어지냐 그게 궁금한데? 네가 진짜로 옳다면 네 편도 있어야 정상 아니냐? 그리고 본의는 아닌데 네 덕분에 양자역학에 사람들의 관심이 참 많이 모이게 된 것 같다 참 고밉다 ㅋㅋ | 15.05.13 18:47 | |

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    하루종일 인터넷 찾아보면서 공부좀 많이 했냐? 나랑 함 뜰려면 어중간하게 복붙은 안통해 ㅋㅋ 잡영어 너는 글 길게쓰는데 참 소질있다. 별거아닌 내용을 길게쓰고있어 ㅋㅋ 니말은 간단히 이거야 전기신호가 결국 디지털에서는 1 아니면 0, 주던가 말던가 이런형태로 투입되는데 그게 정확히 1이나 0이 아니라 분포가 짙은쪽, 분포가 엷은쪽, 이런식으로 구분이 되는데 멀리서보면 얼추 1과 0처럼 보인다는거지. 양자화 라고도해 그게 양자를 설명하는 이론이야. 분포(확률)로 존재한다는거지 반도체가 전기신호 주고받을때도 그렇게 양자화되서 전송하게되 자연계만물도 그렇고, 전기신호도 그렇게되, 그런데 그게 어떻게 기계에 구체적으로 활용이되냐는 말이다, 이 답답아 너는 그냥 자연계의 현상을 말하고 있는거잖아 상태를 말하지말고 동작을 말하라니까? 양자역학이 없었으면 반도체를 못만드나? 그게 아니잖어, 너도 줏어들은게 있으면 알거아녀 둘은 전혀 연관성이 없다고 니가 말한건 상태에대한 기술이고 동작하는데 있어서 양자역학이 어떻게 기여하는지는 전혀 한마디도 없네 너 내가 누군줄알고 어디서 줏어들은 썰을푸냐? 나는 글만 길게 장황하게 쓴다고해서 오오~~ 하면서 그런갑다 할사람 아니야 ㅋㅋ | 15.05.13 18:54 | |

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    하기사 너는 네가 말한 불확정성 원리도 제대로 설명 못하잖아 자기가 말한 것도 설명 못하는 그 수준에 뭘 바라겠냐 | 15.05.13 18:57 | |

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    그리고 넌 툭하면 시비를 거는데 여기 있는 사람들 전부와 뭔놈의 VS 대결이라도 펼칠거냐? 너나 어중간하게 복붙하지 말고 제대로 네 머릿속에서 나온걸 적으라고 | 15.05.13 18:59 | |

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    이건 물리나 전기쪽에 대한 기초지식만 있어도 뻔한얘기야 구조랑 동작원리만 알면 논쟁꺼리도 안되거든? 쉽게 설명해줄게. 스마트폰은 전화기+컴퓨터야, 니들은 전화기랑 컴퓨터를 둘다 들고 다니고있어 소형으로 압축시켜서 말이지 그러면 전화기와 컴퓨터의 구조랑 작동원리만 알면 될거아녀? 전화기는 아날로그 상호교환되는 송수신장치, 컴퓨터는 cpu가 정보를 처리하는 연산장치 기억장치 입출력장치인데 이게 움직이는 원리가 뭐야? 전기신호다 회로를 설계하고 선을 연결하고 반도체나 콘덴서 각종소자로 전류흐름 제어하는거야, 강약조절해서 디지털신호로 바꾸고 작동되는건 전자기학 회로공학 제어공학만 알면되 여기에 양자가 왜들어가? 어디에 들어가는데? 그걸 말하라니까? | 15.05.13 19:01 | |

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    위에서 줄줄이 설명했는데? 그리고 넌 기초지식 운운하기 이전에 그 기초지식도 제대로 모르잖아 그런 놈이 어디서 복붙한 걸로 아는 척 자랑하는 모양인데 네가 말한 건 큰거에나 쓰이는 거고 작은 것들을 네가 생각하는 것보다 수십배 수천배는 더 작아져야 해 임마 | 15.05.13 19:04 | |

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    그리고 니가 진짜로 옳으면 왜 니편은 없냐 그것도 궁금하네 | 15.05.13 19:04 | |


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