How to Read a Scientific Paper

BIOC/MCB 568 -- Fall 2009

John W. Little and Roy Parker--University of Arizona

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 The main purpose of a scientific paper is to report new results, usually experimental, and to relate these results to previous knowledge in the field. Papers are one of the most important ways that we communicate with one another.

In understanding how to read a paper, we need to start at the beginning with a few preliminaries. We then address the main questions that will enable you to understand and evaluate the paper.

1. How are papers organized?

2. How do I prepare to read a paper, particularly in an area not so familiar to me?

3. What difficulties can I expect?

4. How do I understand and evaluate the contents of the paper?

1. Organization of a paper

In most scientific journals, scientific papers follow a standard format. They are divided into several sections, and each section serves a specific purpose in the paper. We first describe the standard format, then some variations on that format.

A paper begins with a short Summary or Abstract. Generally, it gives a brief background to the topic; describes concisely the major findings of the paper; and relates these findings to the field of study. As will be seen, this logical order is also that of the paper as a whole.

The next section of the paper is the Introduction. In many journals this section is not given a title. As its name implies, this section presents the background knowledge necessary for the reader to understand why the findings of the paper are an advance on the knowledge in the field. Typically, the Introduction describes first the accepted state of knowledge in a specialized field; then it focuses more specifically on a particular aspect, usually describing a finding or set of findings that led directly to the work described in the paper. If the authors are testing a hypothesis, the source of that hypothesis is spelled out, findings are given with which it is consistent, and one or more predictions are given. In many papers, one or several major conclusions of the paper are presented at the end of this section, so that the reader knows the major answers to the questions just posed. Papers more descriptive or comparative in nature may begin with an introduction to an area which interests the authors, or the need for a broader database.

The next section of most papers is the Materials and Methods. In some journals this section is the last one. Its purpose is to describe the materials used in the experiments and the methods by which the experiments were carried out. In principle, this description should be detailed enough to allow other researchers to replicate the work. In practice, these descriptions are often highly compressed, and they often refer back to previous papers by the authors.

The third section is usually Results. This section describes the experiments and the reasons they were done. Generally, the logic of the Results section follows directly from that of the Introduction. That is, the Introduction poses the questions addressed in the early part of Results. Beyond this point, the organization of Results differs from one paper to another. In some papers, the results are presented without extensive discussion, which is reserved for the following section. This is appropriate when the data in the early parts do not need to be interpreted extensively to understand why the later experiments were done. In other papers, results are given, and then they are interpreted, perhaps taken together with other findings not in the paper, so as to give the logical basis for later experiments.

The fourth section is the Discussion. This section serves several purposes. First, the data in the paper are interpreted; that is, they are analyzed to show what the authors believe the data show. Any limitations to the interpretations should be acknowledged, and fact should clearly be separated from speculation. Second, the findings of the paper are related to other findings in the field. This serves to show how the findings contribute to knowledge, or correct the errors of previous work. As stated, some of these logical arguments are often found in the Results when it is necessary to clarify why later experiments were carried out. Although you might argue that in this case the discussion material should be presented in the Introduction, more often you cannot grasp its significance until the first part of Results is given.

Finally, papers usually have a short Acknowledgements section, in which various contributions of other workers are recognized, followed by a Reference list giving references to papers and other works cited in the text.

Papers also contain several Figures and Tables. These contain data described in the paper. The figures and tables also have legends, whose purpose is to give details of the particular experiment or experiments shown there. Typically, if a procedure is used only once in a paper, these details are described in Materials and Methods, and the Figure or Table legend refers back to that description. If a procedure is used repeatedly, however, a general description is given in Materials and Methods, and the details for a particular experiment are given in the Table or Figure legend.

Variations on the organization of a paper

In most scientific journals, the above format is followed. Occasionally, the Results and Discussion are combined, in cases in which the data need extensive discussion to allow the reader to follow the train of logic developed in the course of the research. As stated, in some journals, Materials and Methods follows the Discussion. In certain older papers, the Summary was given at the end of the paper.

The formats for two widely-read journals, Science and Nature, differ markedly from the above outline. These journals reach a wide audience, and many authors wish to publish in them; accordingly, the space limitations on the papers are severe, and the prose is usually highly compressed. In both journals, there are no discrete sections, except for a short abstract and a reference list. In Science, the abstract is self-contained; in Nature, the abstract also serves as a brief introduction to the paper. Experimental details are usually given either in endnotes (for Science) or Figure and Table legends and a short Methods section (in Nature). Authors often try to circumvent length limitations by putting as much material as possible in these places. In addition, an increasingly common practice is to put a substantial fraction of the less-important material, and much of the methodology, into Supplemental Data that can be accessed online.

Many other journals also have length limitations, which similarly lead to a need for conciseness. For example, the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) has a six-page limit; Cell severely edits many papers to shorten them, and has a short word limit in the abstract; and so on.

In response to the pressure to edit and make the paper concise, many authors choose to condense or, more typically, omit the logical connections that would make the flow of the paper easy. In addition, much of the background that would make the paper accessible to a wider audience is condensed or omitted, so that the less-informed reader has to consult a review article or previous papers to make sense of what the issues are and why they are important. Finally, again, authors often circumvent page limitations by putting crucial details into the Figure and Table legends, especially when (as in PNAS) these are set in smaller type. Fortunately, the recent widespread practice of putting less-critical material into online supplemental material has lessened the pressure to compress content so drastically, but it is still a problem for older papers.

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2. Reading a scientific paper

Although it is tempting to read the paper straight through as you would do with most text, it is more efficient to organize the way you read. Generally, you first read the Abstract in order to understand the major points of the work. The extent of background assumed by different authors, and allowed by the journal, also varies as just discussed.

One extremely useful habit in reading a paper is to read the Title and the Abstract and, before going on, review in your mind what you know about the topic. This serves several purposes. First, it clarifies whether you in fact know enough background to appreciate the paper. If not, you might choose to read the background in a review or textbook, as appropriate.

Second, it refreshes your memory about the topic. Third, and perhaps most importantly, it helps you as the reader integrate the new information into your previous knowledge about the topic. That is, it is used as a part of the self-education process that any professional must continue throughout his/her career.

If you are very familiar with the field, the Introduction can be skimmed or even skipped. As stated above, the logical flow of most papers goes straight from the Introduction to Results; accordingly, the paper should be read in that way as well, skipping Materials and Methods and referring back to this section as needed to clarify what was actually done. A reader familiar with the field who is interested in a particular point given in the Abstract often skips directly to the relevant section of the Results, and from there to the Discussion for interpretation of the findings. This is only easy to do if the paper is organized properly.

Codewords

Many papers contain shorthand phrases that we might term 'codewords', since they have connotations that are generally not explicit. In many papers, not all the experimental data are shown, but referred to by "(data not shown)". This is often for reasons of space; the practice is accepted when the authors have documented their competence to do the experiments properly (usually in previous papers). Two other codewords are "unpublished data" and "preliminary data". The former can either mean that the data are not of publishable quality or that the work is part of a larger story that will one day be published. The latter means different things to different people, but one connotation is that the experiment was done only once.

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3. Difficulties in reading a paper

Several difficulties confront the reader, particularly one who is not familiar with the field. As discussed above, it may be necessary to bring yourself up to speed before beginning a paper, no matter how well written it is. Be aware, however, that although some problems may lie in the reader, many are the fault of the writer.

One major problem is that many papers are poorly written. Some scientists are poor writers. Many others do not enjoy writing, and do not take the time or effort to ensure that the prose is clear and logical. Also, the author is typically so familiar with the material that it is difficult to step back and see it from the point of view of a reader not familiar with the topic and for whom the paper is just another of a large stack of papers that need to be read.

Bad writing has several consequences for the reader. First, the logical connections are often left out. Instead of saying why an experiment was done, or what ideas were being tested, the experiment is simply described. Second, papers are often cluttered with a great deal of jargon. Third, the authors often do not provide a clear road-map through the paper; side issues and fine points are given equal air time with the main logical thread, and the reader loses this thread. In better writing, these side issues are relegated to Figure legends, Materials and Methods, or online Supplemental Material, or else clearly identified as side issues, so as not to distract the reader.

Another major difficulty arises when the reader seeks to understand just what the experiment was. All too often, authors refer back to previous papers; these refer in turn to previous papers in a long chain. Often that chain ends in a paper that describes several methods, and it is unclear which was used. Or the chain ends in a journal with severe space limitations, and the description is so compressed as to be unclear. More often, the descriptions are simply not well-written, so that it is ambiguous what was done.

Other difficulties arise when the authors are uncritical about their experiments; if they firmly believe a particular model, they may not be open-minded about other possibilities. These may not be tested experimentally, and may even go unmentioned in the Discussion. Still another, related problem is that many authors do not clearly distinguish between fact and speculation, especially in the Discussion. This makes it difficult for the reader to know how well-established are the "facts" under discussion.

One final problem arises from the sociology of science. Many authors are ambitious and wish to publish in trendy journals. As a consequence, they overstate the importance of their findings, or put a speculation into the title in a way that makes it sound like a well-established finding. Another example of this approach is the "Assertive Sentence Title", which presents a major conclusion of the paper as a declarative sentence (such as "LexA is a repressor of the recA and lexA genes"). This trend is becoming prevalent; look at recent issues of Cell for examples. It's not so bad when the assertive sentence is well-documented (as it was in the example given), but all too often the assertive sentence is nothing more than a speculation, and the hasty reader may well conclude that the issue is settled when it isn't.

These last factors represent the public relations side of a competitive field. This behavior is understandable, if not praiseworthy. But when the authors mislead the reader as to what is firmly established and what is speculation, it is hard, especially for the novice, to know what is settled and what is not. A careful evaluation is necessary, as we now discuss.

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4. Evaluating a paper

A thorough understanding and evaluation of a paper involves answering several questions:

a. What questions does the paper address?

b. What are the main conclusions of the paper?

c. What evidence supports those conclusions?

d. Do the data actually support the conclusions?

e. What is the quality of the evidence?

f. Why are the conclusions important?

a. What questions does the paper address?

Before addressing this question, we need to be aware that research in biochemistry and molecular biology can be of several different types:

Type of research	Question asked:
Descriptive	What is there? What do we see?
Comparative	How does it compare to other organisms? Are our findings general?
Analytical	How does it work? What is the mechanism?

Descriptive research often takes place in the early stages of our understanding of a system. We can't formulate hypotheses about how a system works, or what its interconnections are, until we know what is there. Typical descriptive approaches in molecular biology are DNA sequencing and DNA microarray approaches. In biochemistry, one could regard x-ray crystallography as a descriptive endeavor.

Comparative research often takes place when we are asking how general a finding is. Is it specific to my particular organism, or is it broadly applicable? A typical comparative approach would be comparing the sequence of a gene from one organism with that from the other organisms in which that gene is found. One example of this is the observation that the actin genes from humans and budding yeast are 89% identical and 96% similar.

Analytical research generally takes place when we know enough to begin formulating hypotheses about how a system works, about how the parts are interconnected, and what the causal connections are. A typical analytical approach would be to devise two (or more) alternative hypotheses about how a system operates. These hypotheses would all be consistent with current knowledge about the system. Ideally, the approach would devise a set of experiments todistinguish among these hypotheses. A classic example is the Meselson-Stahl experiment.

Of course, many papers are a combination of these approaches. For instance, researchers might sequence a gene from their model organism; compare its sequence to homologous genes from other organisms; use this comparison to devise a hypothesis for the function of the gene product; and test this hypothesis by making a site-directed change in the gene and asking how that affects the phenotype of the organism and/or the biochemical function of the gene product.

Being aware that not all papers have the same approach can orient you towards recognizing the major questions that a paper addresses.

What are these questions? In a well-written paper, as described above, the Introduction generally goes from the general to the specific, eventually framing a question or set of questions. This is a good starting place. In addition, the results of experiments usually raise additional questions, which the authors may attempt to answer. These questions usually become evident only in the Results section.

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b. What are the main conclusions of the paper?

This question can often be answered in a preliminary way by studying the abstract of the paper. Here the authors highlight what they think are the key points. This is not enough, because abstracts often have severe space constraints, but it can serve as a starting point. Still, you need to read the paper with this question in mind.

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c. What evidence supports those conclusions?

Generally, you can get a pretty good idea about this from the Results section. The description of the findings points to the relevant tables and figures. This is easiest when there is one primary experiment to support a point. However, it is often the case that several different experiments or approaches combine to support a particular conclusion. For example, the first experiment might have several possible interpretations, and the later ones are designed to distinguish among these.

In the ideal case, the Discussion begins with a section of the form "Three lines of evidence provide support for the conclusion that... First, ...Second,... etc." However, difficulties can arise when the paper is poorly written (see above). The authors often do not present a concise summary of this type, leaving you to make it yourself. A skeptic might argue that in such cases the logical structure of the argument is weak and is omitted on purpose! In any case, you need to be sure that you understand the relationship between the data and the conclusions.

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d. Do the data actually support the conclusions?

One major advantage of doing this is that it helps you to evaluate whether the conclusion is sound. If we assume for the moment that the data are believable (see next section), it still might be the case that the data do not actually support the conclusion the authors wish to reach. There are at least two different ways this can happen:

i. The logical connection between the data and the interpretation is not sound

ii. There might be other interpretations that might be consistent with the data.

One important aspect to look for is whether the authors take multiple approaches to answering a question. Do they have multiple lines of evidence, from different directions, supporting their conclusions? If there is only one line of evidence, it is more likely that it could be interpreted in a different way; multiple approaches make the argument more persuasive.

Another thing to look for is implicit or hidden assumptions used by the authors in interpreting their data. This can be hard to do, unless you understand the field thoroughly.

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e. What is the quality of that evidence?

This is the hardest question to answer, for novices and experts alike. At the same time, it is one of the most important skills to learn as a young scientist. It involves a major reorientation from being a relatively passive consumer of information and ideas to an active producer and critical evaluator of them. This is not easy and takes years to master. Beginning scientists often wonder, "Who am I to question these authorities? After all the paper was published in a top journal, so the authors must have a high standing, and the work must have received a critical review by experts." Unfortunately, that's not always the case. In any case, developing your ability to evaluate evidence is one of the hardest and most important aspects of learning to be a critical scientist and reader.

How can you evaluate the evidence?

First, you need to understand thoroughly the methods used in the experiments. Often these are described poorly or not at all (see above). The details are often missing, but more importantly the authors usually assume that the reader has a general knowledge of common methods in the field (such as immunoblotting, cloning, genetic methods, or DNase I footprinting). If you lack this knowledge, as discussed above you have to make the extra effort to inform yourself about the basic methodology before you can evaluate the data.

Sometimes you have to trace back the details of the methods if they are important. The increasing availability of journals on the Web has made this easier by obviating the need to find a hard-copy issue, e.g. in the library. A comprehensive listing of journals relevant to this course, developed by the Science Library, allows access to most of the listed volumes from any computer at the University; a second list at the Arizona Health Sciences Library includes some other journals, again from University computers.

Second, you need to know the limitations of the methodology. Every method has limitations, and if the experiments are not done correctly they can't be interpreted.

For instance, an immunoblot is not a very quantitative method. Moreover, in a certain range of protein the signal increases (that is, the signal is at least roughly "linear"), but above a certain amount of protein the signal no longer increases. Therefore, to use this method correctly one needs a standard curve that shows that the experimental lanes are in a linear range. Often, the authors will not show this standard curve, but they should state that such curves were done. If you don't see such an assertion, it could of course result from bad writing, but it might also not have been done. If it wasn't done, a dark band might mean "there is this much protein or an indefinite amount more".

Third, importantly, you need to distinguish between what the data show and what the authors say they show. The latter is really an interpretation on the authors' part, though it is generally not stated to be an interpretation. Papers usually state something like "the data in Fig. x show that ...". This is the authors' interpretation of the data. Do you interpret it the same way? You need to look carefully at the data to ensure that they really do show what the authors say they do. You can only do this effectively if you understand the methods and their limitations.

Fourth, it is often helpful to look at the original journal, or its electronic counterpart, instead of a photocopy. Particularly for half-tone figures such as photos of gels or autoradiograms, the contrast is distorted, usually increased, by photocopying, so that the data are misrepresented.

Fifth, you should ask if the proper controls are present. Controls tell us that nature is behaving the way we expect it to under the conditions of the experiment (see here for more details). If the controls are missing, it is harder to be confident that the results really show what is happening in the experiment. You should try to develop the habit of asking "where are the controls?" and looking for them.

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f. Why are the conclusions important?  

Do the conclusions make a significant advance in our knowledge? Do they lead to new insights, or even new research directions?

Again, answering these questions requires that you understand the field relatively well.

http://en.wikipedia.org/wiki/Transverse_mode

Transverse modes are classified into different types:

• TE modes (Transverse Electric) no electric field in the direction of propagation.
• TM modes (Transverse Magnetic) no magnetic field in the direction of propagation.
• TEM modes (Transverse ElectroMagnetic) no electric nor magnetic field in the direction of propagation.
• Hybrid modes nonzero electric and magnetic fields in the direction of propagation.

Modes of hollow metallic waveguides filled with a homogeneous, isotropic material fall into the first two categories. Otherwise, except in cases of special symmetry, modes are generally of hybrid type. For example, light travelling in an optical fiber or other dielectric waveguide forms hybrid-type modes. The fiber modes are usually referred to as LP (linear polarization) modes, which refers to a scalar approximation for the field solution, treating it as if it contains only one transverse field component (this is accurate because of the low refractive index contrast in typical fibers). The transverse electromagnetic (TEM) type. A planar Fabry-Perot resonator or etalon can also exhibit linearly polarized TEM modes. A resonator employing curved mirrors cannot support a TEM mode. Such modes are almost always hybrid except for the special cases of the electric field polarized either radially or azimuthally. The former case corresponds to a TM mode, the latter to a TE mode. Equivalently, linear polarization and TEM modes are mutually exclusive for a Gaussian beam or any other beam with curved wavefronts.

The TEM₀₀ mode corresponds to exactly the same fundamental mode as in the cylindrical geometry. Modes with increasing m and n show lobes appearing in the horizontal and vertical directions, with in general (m+1)(n+1) lobes present in the pattern. As before, higher-order modes have a larger spatial extent than the 00 mode.

The phase of each lobe of a TEM_mn is offset by π radians with respect to its horizontal or vertical neighbours. This is equivalent to the polarization of each lobe being flipped in direction.

The overall intensity profile of a laser's output may be made up from the superposition of any of the allowed transverse modes of the laser's cavity, though often it is desirable to operate only on the fundamental mode.

The Abeles matrix method is a computationally fast and easy way to calculate the specular reflectivity from a stratified interface, as a function of the perpendicular momentum transfer, Q_z.

Application

Where θ is the angle of incidence/reflection of the incident radiation and λ is the wavelength of the radiation. The measured reflectivity depends on the variation in the scattering length density (SLD) profile, (ρ(z)) perpendicular to the interface. Although the scattering length density profile is normally a continuously varying function, the interfacial structure can often be well approximated by a slab model in which layers of thickness (d_n), scattering length density (ρ_n) and roughness (σ_n,n+1) are sandwiched between the super- and sub-phases. One then uses a refinement procedure to minimise the differences between the theoretical and measured reflectivity curves, by changing the parameters that describe each layer.

http://en.wikipedia.org/wiki/Transfer-matrix_method_(optics)

부산대학교 물리학과 제14회 오픈랩(OPENLAB)

물리OPENLAB은 물리학과와 물리교육과 학생들이 준비하는 학술행사입니다. 중, 고등학교 물리실험뿐만 아니라 광학, 전자기, 역학 등의 물리학의 전 영역을 망라하여 흥미롭고 신기한 물리를 체험할 수 있는 기회를 제공하여, 물리에 대한 흥미와 이해를 돕는 행사입니다.

▶ 일시 : 2010. 05. 14(금) - 14:00 ~ 20:00 , 05. 15(토) - 10:00 ~ 16:30 (2일간) ▶ 장소 : 제2물리관 1,2,3층

▶ 주관 : 물리학과, 물리교육과 학생회

▶ 후원 : 물리학과, 물리교육과



인물사진도 몇컷 찍었지만 초상권문제로 실험 현상위주로 게시하였습니다.
오픈랩 준비하시느라 모두 수고 하셨습니다.

마이스너효과에 의해 부양중인 초전도체

Quantum Dot을 이용한 형광체

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도체로 차폐된 방 안에서는 도체 밖의 전기장에 영향을 받지 않는데 이에 대한 설명입니다.

 

먼저 도체안에 전하분포와 생기는 전기장의 성질을  정리하면 다음과 같습니다.

도체 = 도체 내부(표면제외) +도체 표면(내부제외) 로 정의하겠습니다.  

 

1. 전하는 도체에서 자유롭게 움직일 수 있다.

 

2. 전기적으로 중성인(양음 전하가 동수인) 도체에는 무수히 많은 양음전하가 있지만 서로 상쇄되어 외부의 전기장이 없는 한 도체는 전하가 없는 것과 동일하다.

 

3. 도체에 전하가 있는 것처럼 보이는 경우는 양음 전하의 수가 차이가 나는 경우 즉, 전기적으로 중성이 아닌 경우와, 전기적으로 중성이라도 외부의 전기장에 의해 양음 전하가 분리되어 관측되는 경우이다. 이와 같이 도체에서 관측되는 전하를 '여분의 전하'라하자.

 

4. 도체 내부의 전기장은 0이다. - 만약 어떤 식으로든 도체 내부에 전기장이 있다면 그 지점에 있는 전하들이 힘을받아 도체 내에서 자유롭게 움직이게 되므로 그 자리에 있을 수 없다. 즉, 도체내부에 전기장이 생기는 순간 전하들은 전기장이 없어질 때까지 이동을 한다. 도체 내부의 전하들이 전기장을 없애며 평형을 이루는데 걸리는 시간은 무시할 만큼 짧으므로 도체 내부의 전기장은 언제나 0이고 도체 내부의 여분의 전하는 언제나 힘의 평형상태다.  

 

5. 도체의 여분의 전하는 언제나 도체 표면에 분포한다. 만약 도체 내부에 여분의 전하가 있다면 이 전하들 포함한 폐곡면의 가우스 적분은 0이 아니다. 이는 가우스 면의 전기장이 0이 아니란 뜻이고 이는 4의 결과에 위배된다. 따라서 여분의 전하는 표면에만 있어야 한다.  

 

6. 도체 표면의 전기장은 언제나(도체 밖의 다른 전하들에 의해 생긴 외부의 전기장이 있던 없던) 표면에 수직이고 그 값은σ/ε0 이다. 여기서  σ는 그 지점의 면전하밀도(도체의 표면 면적당 전하량)이고 ε0는진공의 유전률이다.- 전기장이 수직이 아니면 표면의 접선 방향으로 전기장이 있다는 뜻이고 따라서 표면 전하들이 힘을 받게 된다. 4와 마찬가지로 이와 같은 현상은 전하의 이동에 의해 순간적으로 해소되며 결국 수직성분만 남게 된다.

-도체 표면의 특정한 지점의 전기장은 1) 그 지점의 전하밀도에 의한 전기장 E1 2) 그외 나머지 도체 표면의 전하분포에 의한 전기장과 (있다면)외부 전기장의 합 E2라 할 때  E=E1+E2이다.

E1은 표면의  바로위에서는 σ/(2ε0)이고  바로아래에서는 -σ/(2ε0) 이다(둘다 표면에 수직이고 서로 반대방향). E2들은 바로위나 아래근방에서 극한으로 같은 값을 갖는다. 그런데 도체 내의 전기장은 없어야 하므로 E2들은 어떤 형태로든 표면 아래 근방의 E1 전기장을 없애야 한다. 따라서 E2=σ/(2ε0) 이어야 한다. 결과적으로 표면 밖의 전기장은 E1+E2=σ/ε0가 된다. 

 

6. 도체 표면(내부를 포함해서)은 등전위다. -도체 표면에서 전기장이 수직이므로 도체 표면은 등전위다.  

 

 

도체내 공동의 전기장

 

만약 공동에 전기장이 존재한다면(이 전기장은 일반적으로 외부 전기장과 도체내의 알짜전하가 만든 전기장의 합이다)  공동의 각 지점이 전위가 모두 같지는 않다는 뜻이므로 공동내에는 전위가 가장 높은 점이 있어야 한다. 이 점을 A라 하자. 점 A의 근방의 점들은 전위가 A보다 낮으므로 A점에서는 전기장이 모든 방향에 대해 밖으로 형성된다. 따라서 A를 중심으로 충분히 작은 가우스 면을 잡아 가우스 적분을 하면 0이 아니고 따라서 가우스 법칙에 의해  가우스면 내에 알짜 전하가 있어야 한다. 만약 공동 내부에 알짜 전자가 없다면  공동 내부에 전위의 최대값은 없다. 같은 논리로 최소값도 없어야 한다. 따라서 공동 내부에 전하가 없는 경우 공동 전체에서 전위의 최대나 최소값은 표면에 있어야 한다. 한편, 공동 표면은 도체의 일부이기 때문에 등전위이고 따라서 공동의 모든 부분의 전위는 도체와 같다. 결과적으로  공동의 전위의 최대값과 최소값이 같으니 공동 내부 전체가 등전위이다. 따라서 도체 내의 알짜전하가 없는 공동에는 전기장이 없다.

 

공동 표면에 여분의 전하가 없음

 

공동 표면을 포함하는 원통모양의 가우스 면을 생각하자. 원통의 높이는 매우 작다.  안팍으로 전기장이 없으므로 원통에 대한 가우스 적분은 0이고 따라서 원통 내에 총 전하량은 0이다. 총전하량이 0이라 해서 여분의 전하도 없다고 할 수는 없다. 양음 전하가 분리해 존재할 수 있기 때문이다. 하지만 원통의 원 넓이를 얼마든 작게 할 수 있으므로 공동 표면의 모든 점에서 알짜 전하는 없어야 한다.

Quarter waveplate are used to turn plane-polarized light into circularly polarized light and vice versa. To do this, we must orient the wave plate so that equal amounts of fast and slow waves are excited. We may do this by orienting an incident plane-polarized wave at 45 to the fast (or slow) axis, as shown in Figure 2. When a l/4 plate is double passed, i.e., by mirror reflection, it acts as a l/2 plate and rotates the plane of polarization to a certain angle, i.e., 90.   This scheme is widely used in isolators, Q-switches, etc.

The thickness of the quarter waveplate is such that the phase difference is 1/4 wavelength (l/4, Zero order) or certain multiple of 1/4-wavelength [(2n+1)l/4, multiple order].
Red Optronics provides standard waveplate with  wavelengths (nm) per following:

355

532

632.8

808

850

980

1064

1310

1480

1550

1590

출처 : Optical Components

HISTORY OF PHYSICS

History Section Editor: Karen Rae Keck

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HISTORY OF PHYSICS: General Collections

• AIP History of Physics Links Page
• CERN Historical Archives
• Risorse Internet per la Storia della Fisica: (C. Lamberti, Univ. of Pisa)
• David Banach's Philosophy of Science Homepage: (Particularly strong on ancient science and mathematics) St. Anselm College.
• Emilio Segrè Visual Archives (AIP)
• Paths of Physics: (Includes material on the history of physics in Italy.) University of Pavia.
• Historical Heritage of the Brera Observatory, Milan. (Homepage maintained by the History of Physics Group of the Istituto di Fisica Generale Applicata, with links to archives, instrument collection, etc.)
• Early Scientific Instrument Collection at the University of Naples (In Italian; text-only version in English available)
• The Physics Museum at the University of Queensland
• Time Line of Science, Mathematics, and Technology (readable in TEX, DVI, and ASCII files) [Niel Brandt]

http://web.mit.edu/afs/athena.mit.edu/user/r/e/redingtn/www/netadv/hist.html

Level:

Instructors:

웹서핑하다 발견한 물리학 관계론을 설명한 사이트
http://goldwave.hihome.com/

THE THEORY OF PHYSICAL RELATION

Can you imagine combining Classical-physics and Modern-physics?
 
  The amazing physical world developed by grasping both     Newtonian physics and Einstein physics.
 
   - 뉴턴과 아인슈타인이 손을 잡으니 새로운 물리법칙들이 탄생한다 .

   - 뉴턴과 아인슈타인이 손을 잡으니 현대물리학의 수수께끼들이 풀린다 .

   - 뉴턴과 아인슈타인이 손을 잡으니 빛이 보인다 숨쉬는 우주가 드러난다 .
 
[관계론]은 기존물리학의 재탕이아니라 절대론(고전물리학),상대론,양자론 이후에 새로운 물리관 으로서 모든 물리적 사상이 관계 속에 일어남을 논증합니다.

Amorphous materials (for instance, glass and rubber) have order within a few atomic or molecular dimensions.

Polycrystalline materials have a high degree of order over many atomic or molecular dimensions. These ordered regions, or single-crystal regions, vary in size and orientation with respect to one another. The single-crystal regions are called grains and are separated from one another by grain boundaries.

Single-crystal materials (for example, silicon, copper, and table salt) have a very high degree of order, or regular geometric periodicity, throughout their entire volume. The advantage of a single-crystal material is that, in general, its electrical properties are superior to those of a nonsingle-crystal material, since grain boundaries tend to degrade the electrical characteristics.

A grain boundary is the interface between two grains in a polycrystalline material. Grain boundaries disrupt the motion of dislocations through a material, so reducing crystallite size is a common way to improve strength, as described by the Hall-Petch relationship. Since grain boundaries are defects in the crystal structure they tend to decrease the electrical and thermal conductivity of the material. The high interfacial energy and relatively weak bonding in most grain boundaries often makes them preferred sites for the onset of corrosion and for the precipitation of new phases from the solid. They are also important to many of the mechanisms of creep.

Grain boundary (결정립 경계)

A grain boundary is the interface between two grains in a polycrystalline material. Grain boundaries disrupt the motion of dislocations through a material, so reducing crystallite size is a common way to improve strength, as described by the Hall-Petch relationship. Since grain boundaries are defects in the crystal structure they tend to decrease the electrical and thermal conductivity of the material. The high interfacial energy and relatively weak bonding in most grain boundaries often makes them preferred sites for the onset of corrosion and for the precipitation of new phases from the solid. They are also important to many of the mechanisms of creep.

From Wikipedia, the free encyclopedia


Definition:  Bounding surface between crystals. When alloys yield new phases (as in cooling), grain boundaries are the preferred location for the appearance of the new phase. Certain deterioration, such as season cracking and caustic embrittlement, occur almost exclusively at grain boundaries.

From about.com

7. Grain Boundaries

7.1 Coincidence Lattices

7.1.1 Twin Boundaries

7.1.2 The Coincidence Site Lattice

7.1.3 The DSC Lattice and Defects in Grain Boundaries:

7.2 Grain Boundary Dislocations

7.2.1 Small Angle Grain Boundaries and Beyond

7.2.2 Case Studies: Small Angle Grain Boundaries in Silicon I

7.2.3 Case Studies: Small Angle Grain Boundaries in Silicon II

7.2.4 Generalization

7.3 O-Lattice Theory

7.3.1 The Basic Concept

7.3.2 Working with the O-Lattice

7.3.3 The Significance of the O-Lattice

7.3.4 Periodic O-Lattices and Pattern Elements

7.3.5 Pattern Shift and DSC Lattice

7.3.6 Large Angle Grain Boundaries and Final Points

1. 전기광학효과(Electrooptic Effect)

전기광학효과는 광파의 주파수에 비해, 천천히 변화하는 교류 전기장 또는 직류 전기장을 물질에 가하면 반사, 굴절, 흡수 또는 산란 등 물질의 광학적 성질이 변화하는 현상을 넓게 전기 광학효과라고 한다. 광파 자체의 전기장의 세기에 의해, 광학적 성질이 변화하는 경우는 비선형 광학분야에서 다루어진다. 대개의 경우, 전기 광학효과는 전기장에 의해 물질의 굴절률이 변화하는 성질을 말한다. 굴절률의 변화량이 전기장의 1차 비례할 때를 1차 전기광학효과 또는 포클스 효과, 굴절률의 변화량이 전기장의 2차에 비례할 때를 2차 전기광학효과 또는 커 효과라고 한다.

전기광학효과는 굴절률 타원체가 가해진 전기장에 의해, 타원 형태가 미소한 변형을 함으로써 다루어진다. 굴절률 타원체는 일반적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

B₁x² +  B₂y² + B₃z² + 2B₄xy + 2B₆zx = 1

x, y, z축이 전기적 주축으로 선택되어 있을 때에는, B1=1/nx2, B2=1/ny2, B3=1/nz2,  B4=B5=B6=0이 된다. 그러나, 전기장이 가해지면, 전기적 주축의 방향이 변화하고 일반적으로는, 앞서 말한 6개의 파라미터에서 굴절률 타원체가 나타나게 된다. 이들 6개의 파라미터는 전기장 Ex, Ey, Ez의 3개의 성분과 관계된다.

포클스 효과에서는 굴절률 타원체를 나타내는 6개의 파라미터  Bi(i는 1, 2, 3‥‥‥6의 정수)의 미소한 변화량 Bi는, Ex = ri1Ex + ri2Ey  + ri3Ez  (i= 1, 2, 3, ……6)과 같이 일차량 Ex, Ey, Ez와 관계지을 수 있다. 이 3×6=18개의 파라미터 rij를 포클수의 정수 또는 1차 전기광학 효과정수라 하며, 물질에 고유한 것이다. 마찬가지로 커효과 즉, 2차의 전기 광학효과의 경우는 ExEx, EyE y, EzEz, Ex Ey, EyE z, Ez E x의 6개와 2차량과 B11B22……등이 관계되므로, 6 × 6의 36개의 파라미터로 전기장과 관계지을 수가 있다. 이들의 파라미터를 2차 전기광학 효과정수라고 한다. 실재로는 전기광학 효과정수는 결정의 대칭성이 의해, 0이 되거나 또는 서로 같은 경우가 많으므로 실제의 파라미터의 수는 훨씬 적다.

전기광학효과에 의하면 전기장에 따라 굴절률의 크기를 제어할 수가 있기 때문에 광변조기, 광스위치, 등의 유용한 디바이스에 이용된다.

넓은 의미의 전기광학효과로써, 프란츠켈딧슈 효과가 있다. 절연체 또는 반도체에 있어서, 전기장을 가하면, 기초 흡수단의 파장이 길어지는 것을 말한다. 가전자대의 전자가 전기장에 의해, 터널효과로 전도대게 파고드는 것에 의한다.

 

2. 자기광학 효과(magnetooptic effect)

자기광학 효과는 자기장 중에 물질이 놓여질 때, 물질의 광학적 성질이 변화하는 현상을 말한다.

전자의 에너지준위가 분열하는 지만 효과(Zeeman effect), 선형 편광의 방향이 회전하는 패러데이 효과(Faraday effect), 반사광의 편광방향이 바뀌는 자기광학적 커 효과(Kerr effect), 보그트 효과(Voigt effect) 또는 코튼무튼 효과라고 말해지는 자기 복굴절 등이 자기광학효과의 대표적인 예이다.

 

3. 패러데이 효과(Faraday effect)

패러데이 효과란 물질에 자기장를 가하면, 자기장의 방향으로 선형편광이 전파할 때, 편광의 방향이 회전한다. 이는 좌회전 및 우회전의 원편광에 대한 굴절률이 다른 복굴절에 기인한다. 편광의 회전 각도를 전파하는 방향에 대해서 우회전 방향을 정으로 측정하는 것으로,

θ F=VHd

로 나타낼 수가 있다. V는 버젯상수 또는 패러데이 상수라고 한다. H 및 d는 각각 가해진 자기장 및 물질의 두쩨이다. 자기장의 방향으로 광파가 전파할 때 θ F >0이 되는 물질에 대해서는 V >0 이 된다. 자기장의 방향과 광파가 전파하는 방향이 반대일 때, V >0의 물질에서는 θ F는 마이너스 크기 즉, 전파방향에 대해서 좌회전으로 편광의 방향이 회전한다. 대개의 광학 활성에 의한 편광축 회전과는 달리, 전파방향에 대해서 일정한 방향으로 회전하지 않는다.

이와 같은 비가역적인 현상을 이용하여, 광 아이솔레이터 및 써클레이터의 비상반 광학 디바이스가 만들어지고 있다(아이솔레이터, 써클레이터). 자기장에 수직인 방향으로 광파가 전파할 때 생기는 복굴절을 코튼므튼 효과라고 하고 한다. 자기장과 평행한 선형편광과 자기장에 수직인 선형편광의 2개의 편광에 대해서 굴절률이 다르고, 양자간에 위상차 Δφ가 생긴다. Δφ는 물질의 두께 및 자기장의 2승에 비례한다. 자기장에 대한 2차의 약한 효과이므로, 광디바이스로는 이용되지 않는다.

패러데이 효과와 코튼무튼 효과를 자기복굴절(magnetic bireringence)이라고 한다.

 

 4. 자기적 커 효과(magnetic Kerr effect)

자기적 커 효과는 물질이 자기장 속에 놓인 후, 물질에 광파가 입사했을 때, 반사광의 편광상태 또는 반사율이 자기장 즉, 자화의 크기에 따라 변화하는 현상이다.

자기장 또는 자화 방향과 입사면의 취급에 의해, 커효과는 분류되고 있다. 극(極) 커 효과, 종(縱) 커 효과 및 횡(橫) 커 효과가 있다.

5. 광탄성효과(photoelastic effect)

광탄성효과는 물질이 기계적으로 왜곡되면 굴절률 크기가 변화하고, 비틀림을 제거하면 굴절률의 크기가 본래로 돌아가는 현상이다.

기계적인 비틀림과 굴절률의 변화는 굴절률 타원체의 변화로 다루어진다. 물질의 비틀림은 비틀림 텐션이라는 6개의 양으로 주어진다. 굴절률 타원체는 일반적으로 6개의 파라미터로 나타나기(굴절률 타원체, 전기광학 효과) 때문에, 굴절률 타원체를 나타내는 6개의 파라미터의 변화와 왜곡과의 사이는 6 × 6 의 36개의 정수로 관련지을 수가 있다. 이 정수를 광 탄성계수라고 한다.

광 탄성효과는 여러 점에서 이용되고 있다. 등방성 물질에서도 왜곡에 따라, 굴절률의 변화가 생기고 복굴절을 나타내게 된다. 이것을 이용하여 물질에 부과하고 있는 왜곡의 측정에 이용되고 있다.

편광유지 광섬유에서는 코어에 부를 발생시키고, 그것을 보유하는 것에 의해, 복굴절을 발생하게 하고 있다(편광유지 광섬유), 또, 광섬유에 측면에서 가해지는 힘에 의해, 광섬유의 굴절률이 변화하는 것을 이용한 광섬유 센서 또는 변조기 등에도 이용되고 있다. 

6. 음향광학효과(acoustooptic effect)

초음파는 비틀림이 파동으로서 전달되는 것이다. 초음파가 물질 내를 전달하면, 주기적인 왜곡에 의해 굴절률도 주기적으로 변화한다. 즉, 회절격자가 음파에 의해 형성되고, 광파와 상호 작용하는 반면, 드래그회절 등의 현상을 발생한다. 물질의 표면을 전달하는 초음파는, 파의 성질이 벌크의 내부를 전달하는 음파와 달리 표면 탄성파(surface accoustic wave)라고 불리고, SAW로 생략해서 불리기도 한다.

SAW가 물질 표면을 전달하면 굴절률 변화가 표면에 형성된다. 광 도파로로 SAW를 이용한 여러 광 제어회로가 만들어지고 있다. 광편향기, 광상관기, 광퓨리에 분석기 등이 있다.


출처 네이버 센서 카페

AZTO(Al-Zn-Sn-O）

IGZO(In-Zn-Sn-O)

IGZO는 인듐과 갈륨, 아연, 산소를 1:1:1:3으로 혼합한 물질로 비정질 산화물 반도체.
2003년 도쿄공대 호소노 교수가 IGZO라는 물질을 사이언스 등에 소개.



TEOS(Tetraethyl orthosilicate)

Chemical Name:	Tetraethyl orthosilicate (D-130)
Structural Formula:	Si(OC2H5)4
Properties:	Colorless liquid with irritating smell Specific Weight(d2020℃:0.9356, B.P.:168.1℃, M.P.:110℃ Freezing Point:-77℃, insoluble in water, soluble in ethanol, slightly soluble in benzene.
Specifications:	Appearance: colorless liquid Assay: ≥98.0% Silicon dioxide content: 28-29% B.P.: 168.1℃ Specific Weight: 0.9356 pH-value: 7
Use:	Mainly used for chemicals/heat resistant coatings; in the manufacture of phosphor; also as chemical reagent.
Storage & Transportation:	In iron drum or plastic drum, net weight 200kg; stored in dry and cool place; avoid moisture, water and fire.
Packing:	-

Impact factor

AbbreviatedJournalTitle	ISSN	Total Cites	Impact	5-Year	Immediacy	Articles	Cited	Eigenfactor	Article Influence
Factor	Impact	Index	Half-life	Score	Score

NATURE

0028-0836

443,967

31.434

31.210

8.194

899

8.5

1.7641

17.278

SCIENCE

0036-8075

409,290

28.103

30.268

6.261

862

8.4

1.5834

16.283

PHYS REP	0370-1573	17,347	18.522	16.368	3.959	49	8.7	0.0577	8.056
PHYS REV A	1050-2947	77,793	2.908	2.921	0.775	2,502	8.2	0.2334	1.088
PHYS REV B	1098-0121	250,465	3.322	3.284	0.885	5,782	8.3	0.7648	1.270
PHYS REV C	0556-2813	28,905	3.124	2.969	0.733	904	6.5	0.0851	0.884
PHYS REV D	1550-7998	104,570	5.050	4.299	1.597	2,863	6	0.3204	1.298
PHYS REV E	1539-3755	63,423	2.508	2.566	0.472	2,361	6.1	0.2688	1.039
PHYS REV LETT	0031-9007	310,717	7.180	7.134	1.974	3,905	7.3	1.2813	3.296

APPL PHYS LETT

0003-6951

179925

3.726

4.096

0.688

5449

5.4

0.72389

1.397

J APPL PHYS

0021-8979

113773

2.201

2.479

0.391

4168

8.2

0.349

0.944

아래글은 이화여대 김찬주 교수님 홈페이지에서 가져온 글입니다.
http://home.ewha.ac.kr/~cjkim/

양자역학 참고 서적 소개

널리 알려진 양자역학 교과서와 참고서를 소개합니다. 여기에 소개하는 책은 대부분 학부에서 대학원 석사 1학년 정도의 수준입니다. (순서는 무순.)

1. D.J. Griffiths Introduction to Quantum Mechanics 2nd ed. (2004) Prentice Hall
   수준: 학부
   학부 수준의 표준 교과서. 현재 국내외의 많은 학교에서도 이 책을 교과서로 쓰고 있고 평도 좋아서 나도 2006년부터 학부 교과서로 사용하고 있다. 전체적으로 잘 썼고 다른 책에 비해 비교적 쉽게 쓰여져 있다. 하지만 마음에 들지 않는 점도 꽤 발견된다. 예를 들면 이 책은 양자역학의 발전 과정에 대한 언급이 전혀 없이 슈뢰딩거 방정식부터 시작하는데 이 자체로는 나쁘다고 할 수 없지만 그래도 해당 내용이 나오면 간단하게나마 언급은 해야 하지 않을까? 아마도 학생들이 "현대물리" 과목에서 배울 것으로 생각한 것 같긴 하지만... 또한 formalism이 harmonic oscillator나 free particle의 뒤에 한꺼번에 나오기 때문에 앞부분의 내용이 좀 빈약하다. 예를 들면 harmonic oscillator를 다루면서 number operator도 정의하지 않고 심지어 eigenvalue나 eigenfunction이라는 용어도 사용하지 않는다. 의도를 이해하지 못하는 바는 아니지만 좀 지나친 것 같다. 이에 비해 뒷부분은 학부에서 이걸 다 가르칠 필요가 있을까 하는 생각이 들 정도로 자세하다. 결국 그냥 책을 따라가면서 강의하긴 곤란한 듯.
2. R. L. Liboff Introductory Quantum Mechanics 4th ed. (2002) Addison-Wesley
   수준: 학부
   학부 수준의 표준 교과서. 내가 배울 때도 이 책이 주 교과서였다. 다른 표준적인 교과서인 Gasiorowicz보다 자세하고 체계적이라서 이 책이 교과서로는 더 좋아 보인다. 다만, 문제는 판이 올라가면서 터무니 없이 너무 두꺼워지고 어려워진 감이 있다는 것이다. 세상에 850페이지가 넘다니! 이걸 어떻게 1년에 다 끝낸담. 학부 교과서면 학부 교과서로 만족해야 하는데 책을 쓸 때도 역시 욕심은 금물이다.
3. Choonkyu Lee Essential Quantum Physics (2006) Chungbum Publishing Co.
   수준: 학부
   서울대 이준규 선생님께서 학부 강의록을 기초로 쓰신 책. 나는 이 분의 강의를 통하여 양자역학을 배웠다는 사실 한 가지만 기록해 두자. 더 이상의 평을 하는 것은 누가 될 뿐.
4. R. Shankar Principles of Quantum Mechanics 2nd ed. (1994) Plenum
   수준: 학부 - 대학원
   양자역학 책 가운데 가장 잘 쓴 책 중의 하나. 개인적으로 학생 시절에 Shankar의 책에서 많은 것을 얻었다. 교과서로도 이상적이고 혼자 공부하기에도 좋다. 다만, 학부 교과서로 쓰기에는 조금 어렵고 대학원 교과서로 쓰기에는 약간 쉽다는 느낌이 있다. 달리 표현하면 내용을 적절히 첨삭하여 어느쪽 강의에도 좋은 교과서로 쓸 수 있다는 뜻. 다른 양자역학 책을 읽고 잘 이해가 되지 않는 사람은 포기하기 전에 반드시 Shankar를 정성스럽게 공부할 것. 노력이 보상을 받을 것이다. Shankar가 쓴 수리물리 책도 아주 훌륭하다. Shankar가 연구 시간을 조금 줄이더라도 다른 분야의 교과서도 많이 써서 수많은 물리학도에게 광명을...
5. J. J. Sakurai Modern Quantum Mechanics 2nd ed. (1994) Addison-Wesley
   수준: 대학원
   표준적인 대학원 교과서. 나도 이 책으로 배웠다. 일본계 미국인 물리학자 Sakurai가 집필을 끝마치지 못하고 도중에 사망하여 그의 친구가 완성했다. 학부 수준의 양자역학을 아는 사람을 대상으로 쓴 책. 전체적으로 명쾌한 설명이 돋보이는데 특히 Sakurai가 직접 쓴 전반부는 아주 좋다. 각 장 끝에 매우 많은 문제가 있는데 어려운 문제도 꽤 많이 있다. 이런 문제를 하나씩 스스로 풀어보면서 내공이 쌓이는 것. Sakurai도 Shankar처럼 교과서를 쓰는데 소질이 많은 듯. 입자물리에 대한 그의 다른 책도 아주 좋다. 젊은 나이에 너무 일찍 죽은 것이 아쉽다.
6. 송희성 양자역학 (1984) 교학연구사
   수준: 학부 - 대학원
   외국 교과서에 전혀 뒤지지 않는 훌륭한 책. 우리나라의 척박한 물리 서적 출판 현황에 보배같은 존재. 번역판에서는 결코 느낄 수 없는 진정한 우리말로 쓴 교과서. 그래서 실제로는 보통의 학부 교과서보다 어려운 내용이 꽤 있음에도 불구하고 우리나라 학부생들의 필수 서적이 되었다. 그동안 이 책으로 수많은 몽매한 물리학도가 구제를 받았으리라. 혹은, 이 책이 있음으로 해서 게으른 물리학도들이 자신이 양자역학을 잘 못하는 것이 영어때문이라는 핑계(!)를 더이상 댈 수 없게 되어버렸다. 우리나라 물리학이 더욱 발전하려면 다른 분야에도 이런 우리말 교과서가 많이 나와야 한다.
7. P.A.M. Dirac Principles of Quantum Mechanics 4th ed. (1982) Clarendon
   수준: 학부 - 대학원
   고전 중의 고전. 양자역학 창시자의 한 명인 Dirac이 쓴 책. 초판은 1930년에 나왔지만 역사적으로나 물리적으로나 지금도 읽을 가치가 충분한 책. 읽으면서 감동이 오는 몇 안되는 물리 책 중의 하나. 천재 물리학자 Dirac의 풍모를 느낄 수 있다. 자신이 물리학도라고 생각한다면 언젠가 한 번은 반드시 읽어보기를 권한다. 양자역학을 깊이 이해하기 위해서. 그리고 Dirac을 비롯한 양자역학 창시자들에게 경의를 표하기 위해서.
8. L. I. Schiff Quantum Mechanics 3rd ed. (1968) McGraw Hill
   수준: 대학원
   지난 세기 단 한 권의 양자역학 교과서를 꼽으라면 대부분이 주저하지 않고 Schiff를 꼽았으리라. 수십년 동안 수많은 물리학자가 바로 이 책을 통하여 양자역학을 배웠다. 양자 역학 교과서의 권위있는 표준. 아직도 세월의 흐름과 무관하게 교과서로나 참고서로나 우뚝 서 있다. 다른 책을 교과서로 배우더라도 이 책을 수시로 참고하며 손때를 묻혀야 한다.
9. C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe, B. Dui Quantum Mechanics 2 vols. (1977) John Wiley & Sons
   수준: 학부 - 대학원
   일단 두께에 놀라는 책. 1500페이지가 넘는다. 쉬운 내용과 어려운 내용을 구분하여 학부와 대학원 모두에서 사용할 수 있다. 책이 두껍고 양쪽을 모두 고려하다 보니 개인적으로는 약간 산만한 느낌도 있다. 하지만 책 자체는 잘 썼고 문제도 충실하다. 대표 저자인 Cohen-Tannuoji는 얼마 전에 노벨상을 받은 바 있다. 굳이 읽지는 않더라도 책꽂이에 꽂아놓으면 그럴듯하게 보이는 책이기도 하다.
10. R. P. Feynman Feynman Lectures on Physics vol 3 (1970) Addison-Wesley
    수준: 학부
    저자는 그 유명한 Feynman. 설명이 불필요한 물리학자이다. 그리고 이 책도 설명이 불필요한 유명한 책. 물리의 ㅁ자도 모르는 일반 사람들도 한두 번은 들어봤을 정도이다. 학부 2학년을 대상으로 쓴 책이므로 수식도 매우 적고 쉬워 보이지만 완전히 소화하기는 결코 쉽지 않다. 나중에는 자신의 영어 해석 능력을 의심하는 지경에 이를 수도 있다. 책을 공부하는 것 자체는 재미가 있는데 그런 재미와 이해도가 꼭 비례하는 것은 아니라는 것을 보여주는 책이기도 하다. 그래도 이런 책을 보고 있으면 이런 것이 바로 물리구나 하는 생각이 종종 들기도 한다. 방학 때 여유를 가지고 뜻이 맞는 사람 몇 명과 같이 이 책을 공부해보는 것은 어떨까. 그 모임이 조만간 친목 도모의 모임으로 바뀔 가능성이 높다고 해도... 언제 어디서 누가 갑자기 Feynman lecture 봤냐고 물어봤을 때 할 말은 있어야 물리학도로서 부끄러움을 면할 수 있으니까.
11. E. H. Wichmann Quantum Physics Berkeley Physics Course vol 4, (1971) McGraw Hill
    수준: 학부
    Berkely Physics Course는 모두 5권으로 이루어져 있는데 2년 동안 배우는 일반물리 코스이다. 제 4권이 양자 역학을 다루는데 아주 얇고 쉽게 썼다. 어렵지 않게 양자 역학의 기초를 이해하고 싶을 때 이 책을 보면 좋다. 학부 양자 역학 강의를 듣기 전에 방학 때 이 책으로 공부하면 이상적일 듯. 양자역학을 만든 사람들의 사진도 매우 많이 나온다.
12. L. D. Landau and E. M. Lifshitz Quantum Mechanics: Nonrelativistic theory Course in Theoretical Physics vol 3, 3rd ed. (1981) Butterworth-Heinemann
    수준: 대학원
    미국에 Feynman이 있다면 러시아에는 Landau가 있다. Landau and Lifshitz 시리즈는 아마도 가장 유명한 이론물리 교과서 시리즈일 것이다. 내용이야 어떻든 이 시리즈라는 이유 하나만으로도 충분히 소장 가치가 있는 책. 물론 이 책 자체도 매우 잘 썼다. 하지만 이 시리즈의 다른 책과 마찬가지로 매우 내용이 많고 어려운 부분도 많다. 보통의 대학원 교과서에 없는 내용도 많이 나온다. 다른 책을 보다가 혹시나 하는 생각이 들 때 찾아보면 결코 실망시키지 않는 책. 러시아에 왜 훌륭한 물리학자가 그리도 많은지 이 시리즈를 보면 이해할 수 있다.
13. S. Gasiorowicz Quantum Physics 3nd ed. (2003) John Wiley & Sons
    수준: 학부
    전통적으로 학부 교과서의 표준으로 생각되던 책. 하지만 개인적으로는 불만스러운 점도 좀 있다. 평범한 학생이 별 생각없이 공부하기에는 설명이 약간 부족하다는 느낌. 다른 책보다 상대적으로 얇은데 내용은 없는 것이 없을 정도로 많으니 그럴 수밖에 없다. 장점이 많은 책이긴 하지만 더 친절한 책도 많다. 이제는 참고서로 더 좋지 않을까? 추가: 3rd edition이 나오면서 어려운 내용은 모두 빼고 internet으로만 찾아볼 수 있게 했다는 얘기를 어디선가 들었음.
14. G. Baym Lectures on Quantum Mechanics (1973) Benjamin
    수준: 대학원
    나온지 상당히 지났지만 여전히 매우 좋은 책이다. 다른 곳에서 발견하기 힘든 관점의 설명도 많고 내용도 풍부하다. Sakurai처럼 학부 수준의 양자역학은 안다고 가정하고 쓴 책이라서 교과서로 사용한다면 학생들은 초반에 약간의 정신 무장을 해야 할 듯. 교과서로 쓰지 않는다 해도 참고서로는 꼭 옆에 두고 보는 것이 좋다.
15. K. Gottfried and Tung-Mow Yan Quantum Mechanics: Fundamentals (2004) Springer
    수준: 대학원
    (이 책은 1966년에 1판이 나왔는데 그때는 volume 1. Fundamentals라는 부제가 붙어 있었다. 그러다가 vol 1이라는 것은 뺀 채 거의 40년만에 저자가 한 명 추가되어 2판이 나왔다. volume 2는 이제 영영 쓰지 않기로 한 걸까?) 좋은 대학원 교과서 (좋은 책이 참 많기도 하다). 설명이 명쾌하다. 특히 measurement theory에 대한 설명이 자세히 나와 있다. Sakurai의 마지막 장에 있는 Coulomb scattering 부분은 이 책의 내용을 줄인 것이다.
16. E. Merzbacher Quantum Mechanics 3rd ed. (1997) Wiley
    수준: 대학원
    Schiff와 함께 오랫동안 표준적인 대학원 교과서로 사용되던 책. 양자역학 기초부터 나와 있으므로 (바람직하진 않지만) 이 책으로 양자역학을 처음 공부할 수도 있다. 몇몇 부분은 다른 책에 없는 내용도 있어서 참고서로도 유용하다.
17. A. Messiah Quantum Mechanics (2000) Dover
    수준: 대학원
    본래는 1950년대에 두 권으로 나온 책으로 1200페이지에 달한다. 그 이후 오랜동안 대학원 수준의 양자역학에 대한 거의 모든 내용을 담은 책으로 많이 사용되어 왔다. 이 책도 이제는 고전의 반열에 올랐는지 오래된 좋은 책을 다시 펴내는 Dover 출판사에서 새로 찍어냈다. 다른 책에서 찾지 못하는 것이 있으면 이 책을 보라. 아직도 매우 유용한 책이다.
18. 그밖에도 훌륭한 책들이 많이 있다. 모두 제각기 존재 가치가 있고 뚜렷한 장점이 있는 책들이다. 시시때때로 참고를 하면서 어려운 양자 역학을 공부해야 한다. 또 언급하지 않은 책중에도 아주 좋은 책들이 많다. 양자 역학 책은 정말 너무 많아서 도저히 다 언급할 수가 없는데 대개 다 좋은 책들이다.
19. --- To be Continued ---

마지막 고친 날: 2007.4.6

Biography

Paul Adrien Maurice Dirac was born on 8th August, 1902, at Bristol, England, his father being Swiss and his mother English. He was educated at the Merchant Venturer's Secondary School, Bristol, then went on to Bristol University. Here, he studied electrical engineering, obtaining the B.Sc. (Engineering) degree in 1921. He then studied mathematics for two years at Bristol University, later going on to St.John's College, Cambridge, as a research student in mathematics. He received his Ph.D. degree in 1926. The following year he became a Fellow of St.John's College and, in 1932, Lucasian Professor of Mathematics at Cambridge.

Dirac's work has been concerned with the mathematical and theoretical aspects of quantum mechanics. He began work on the new quantum mechanics as soon as it was introduced by Heisenberg in 1925 - independently producing a mathematical equivalent which consisted essentially of a noncommutative algebra for calculating atomic properties - and wrote a series of papers on the subject, published mainly in the Proceedings of the Royal Society, leading up to his relativistic theory of the electron (1928) and the theory of holes (1930). This latter theory required the existence of a positive particle having the same mass and charge as the known (negative) electron. This, the positron was discovered experimentally at a later date (1932) by C. D. Anderson, while its existence was likewise proved by Blackett and Occhialini (1933 ) in the phenomena of "pair production" and "annihilation".

The importance of Dirac's work lies essentially in his famous wave equation, which introduced special relativity into Schrödinger's equation. Taking into account the fact that, mathematically speaking, relativity theory and quantum theory are not only distinct from each other, but also oppose each other, Dirac's work could be considered a fruitful reconciliation between the two theories.

Dirac's publications include the books Quantum Theory of the Electron (1928) and The Principles of Quantum Mechanics (1930; 3rd ed. 1947).

He was elected a Fellow of the Royal Society in 1930, being awarded the Society's Royal Medal and the Copley Medal. He was elected a member of the Pontifical Academy of Sciences in 1961.

Dirac has travelled extensively and studied at various foreign universities, including Copenhagen, Göttingen, Leyden,Wisconsin, Michigan, and Princeton (in 1934, as Visiting Professor). In 1929,after having spent five months in America, he went round the world, visiting Japan together with Heisenberg, and then returned across Siberia.

In 1937 he married Margit Wigner, of Budapest.

From Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965

This autobiography/biography was written at the time of the award and first published in the book series Les Prix Nobel. It was later edited and republished in Nobel Lectures. To cite this document, always state the source as shown above.

Paul A.M. Dirac died on October 20, 1984.

Copyright © The Nobel Foundation 1933