이중 슬릿 실험 - 입자
* 슬릿 실험(Slit Experiment)
슬릿에 입자나 파동을 보냈을 때 슬릿을 통과하여 스크린에 얼마나 도달 했는지 조사
역설적이지만, 혼란에 빠져야 제대로 이해한다.
고전적 입자
1. 단일 슬릿 : (고전적) 입자
2. 이중 슬릿 : (고전적) 입자
스크린에 도달한 분포도를 보면 단일이면 단일의 분포도를 보면되고
두개 슬릿 모두 열어둘 경우 분포도를 더하면된다.
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(고전적) 파동
- 파동에는 회절이라는 현상이 있다.
1. 단일 슬릿 : (고전적) 파동
- 입자와 다른것이 없다.
2. 이중 슬릿 : (고전적) 파동
- 중첩이 되지 때문에 2가지 경우나온다
1. 상쇄 : 중첩부가 0이 될 수 가 있다.
2. 보강 : 중첩부가 1보다 커질 수가 있다.
따라서, 입자 이중슬릿 실험처럼 단순히 더할 수는 없으며,
파동의 이중슬릿 실험에서는 상황에 따라 더하거나 빼주어야 한다.
실질적으로는 아래 그림과 같이 파동무늬(간섭무늬)가 나타난다.
입자와 파동 이중 슬릿실험의 차이점
* 입자의 경우 : 두 경우를 단순히 더하면 된다.
* 파동의 경우 : 간섭을 통해 단순하게 더하면 안된다. 상쇄와 보강을 계산해야 한다.
※ 빛의 이중슬릿 실험의 결과
상쇄와 보강을 통해 밝아졌다.
따라서 빛은 파동이라는 것을 알 수 있다.
앞서 빛은 흑체복사, 광전효과, 콤프턴효과를 통해 입자라는 것도 증명이 되었다.
따라서 빛은 파동성과 입자성을 동시에 갖고 있다.
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이중 슬릿 실험 - 전자
전자는 원자를 구성하고 있는 입자
1. 전자 = 입자
하지만, 전자를 이중슬릿 실험하면 입자의 이중슬릿 실험의 결과가 아니라
파동의 이중슬릿 실험결과가 나온다.
2. 전자 = 파동
밝은 부분은 전자가 도달한 부분이고,
어두운 부분은 전자가 도달하지 못한 부분이다.
따라서, 전자는 파동과 입자다
↓ 이를, 입자-파동의 이중성이라고 한다. ↓
a : 전자는 입자라는 것을 알 수 있다.
b~d : 전자가 계속 도착한다.
e : 전자가 파동같은 무늬를 형성한다.
역설적이지만, 입자인데 많아지면 파동무늬가 된다.
2017년 10월 30일 까지
아직도 이것에 대한 결론을 연구중에 있다고 한다.
※ 물질파 이론
" 모든 입자는 파동이기도 하다"
1924년, 물리학자 드 브로이가 주장
양자역학 완성에 결정적 역할을 한 이론
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관측과 실험결과
너무 역설적이어서
가설을 만들어 하나하나 관측하게 된다.
가설, 전자가 쪼개지는지, 안 쪼개지는지 전자 하나하나를 경로를 추적한다.
1. 단일슬릿 통과한 전자의 분포는 입자이기 때문에 예상한 결과가 나타난다.
2. 근데, 파동문늬가 없다...
우리가 관측하면 보통의 입자처럼 행동한다.
하지만, 관측을 하지않으면 파동처럼 행동한다.
따라서, 전자는 관측했느냐 안했느냐에 따라 행동이 바뀐다.
각 전자는 진정한 입자다!
하지만, 전자는 관측을 하지 않으면 파동처럼 행동을 한다.
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