2022.06.22 (수)

이중슬릿 실험

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이중 슬릿 실험이란

 양자역학에서 실험 대상의 파동성과 입자성을 구분하는 실험으로, 실험 대상을 장치에 통과 시키면 그것이 파동인지 입자인지에 따라서 결괏값이 달라진다. 먼저 검은 판에 아주 얇은 두께의 두 개의 긴 구멍을 낸다. 이것을 슬릿이라고 한다. 두 개의 슬릿 사이로 실험 대상을 통과 시키고 결과를 관찰하는 간단한 과정의 실험이다.

 

입자

 입자는 구슬 같은 작은 물체로 슬릿으로 하나씩 방출해보면 그림처럼 두 줄의 직선 무늬가 나타날 것이다. 이 직선 무늬는 슬릿이 하나이든, 두 개이든, 몇 개이든 변하지 않는다.

 

파동

 파동이 하나의 슬롯을 통과하면, 파동은 슬릿을 중심으로 동심원 모양을 그리며 퍼져나간다. 그렇다면 파동이 두 개의 슬릿을 통과한다면 어떨까? 물질 입자는 절대 일으킬 수 없는 회절과 간섭이라는 성질을 가지고 있는데, 두 개의 슬릿을 통과하며 파동은 회절하고, 하나의 파동이 꼭대기가 또 다른 파동의 바닥과 만나 서로의 진동을 약화하는 상쇄 간섭이 일어나 직선이 연속하여 나타나는 간섭무늬가 나타나게 된다.

 

전자

 전자는 아주 작은 크기의 입자이다. 따라서 입자와 같은 결과를 나타내는 것이 논리적으로 올바르지만, 실험 결과는 완전히 달랐다. 슬릿 하나를 통과한 전자는 입자와 같은 결과로 한 줄의 무늬를 나타냈지만 두 개의 슬릿을 통과한 전자는 파동과 같이 간섭무늬로 나타났다. 당시 과학자들은 전자를 방출하는 도중 전자들끼리 서로 간섭을 했을거라 결론을 내렸지만, 시간이 지나자 다시 간섭무늬가 나타났고 사람들은 전자가 어느 구멍으로 통과하는지 관찰하기 귀해 관측기를 설치하여 전방출된 전자는 마치 입자처럼 두 줄의 무늬를 나타냈다.

 

 따라서 전자를 이용한 이중 슬릿 실험에 따르면, 전자는 파동의 성질 또한 가질 수 있다. 파동은 동시에 두 개의 슬릿을 통과하는 것이 가능한 것처럼 전자 또한 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 것이 가능하다. 이는 하나의 전자가 동시에 두 곳에 존재한다는 뜻이며 위치 할 수 있는 곳에 동시에 존재한다는 것이다. 관측하지 않았을 때는 파동의 형태를 띠던 전자가 관측 함으로써 두 개의 슬릿 중 하나를 통과한다는 것이 확정되어 입자의 형태를 띠는 것이다. 이는 다른 물질들도 마찬가지로, 결국 모든 물질은 입자성과 파동성을 동시에 가지고 있음이 입증되었다.

 

출처: 유튜브 과학쿠키 [영의 이중슬릿 실험, 빛은 파동일까?], 책 [양자야 이것도 네가 한 일이니]

 

 

기사 김보민

편집 강고은


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