양자 역학은 원자력 및 아 원자 수준의 입자가 서로와 그들의 환경과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 연구입니다. 관찰자 효과는 관찰 행위가 관찰되는 입자의 거동을 변화시키는 현상이다. 이 효과는 물질의 파도와 같은 특성으로 인한 것이므로, 이는 입자가 여러 상태에 동시에 존재할 수 있음을 의미합니다. 관찰자가 입자의 특정 특성을 측정 할 때, 해당 입자의 파동 기능을 효과적으로 붕괴시켜 명확한 상태를 가정합니다.
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세상에서 무언가 (나무, 새 또는 다른 것)를 관찰 할 때, 당신은 물체를 어디에서 관찰할지에 관계없이 항상 동일하게 유지된다는 것을 알고 있습니다. 그러나 내가 당신이 특정 새를 보았던 시간과 방식이 그 외모에 영향을 줄 것이라고 말하면 어떻게 될까요? 그것은 매우 터무니없는 것처럼 들리지만, 양자 영역의 기괴한 법에 관해서는 부조리는 정상입니다. 양자 역학의 법칙은 정규 크기의 물리학과는 매우 다릅니다. 관찰자 효과를 이해하기 전에 먼저 양자 물리학의 기본 사항을 살펴 보겠습니다.
기초
양자 역학 분야는 주로 세 가지 기둥에 기반을 두었습니다. 이 기둥 중 첫 번째는 양자화 된 특성 로 알려져 있습니다. . 양자화 된 특성은 정해진 시간 및 인스턴스에서만 발생할 수있는 입자의 위치, 속도, 색상 및 기타 특성을 제공합니다. 이것은 잘 확립 된 고전 역학 분야에서 개최 된 신념, 즉 모든 것이 부드럽고 연속적인 스펙트럼에서 발생한다는 신념과 직접 대조됩니다. 이것은 과학자들이 매우 신중한 것으로 밝혀졌고 결국이 입자 양자화 된 입자를 지명했습니다. 양자 역학의 두 번째 기둥은 빛의 입자 특성을 나타냅니다 . 처음에, 빛이 입자로서 행동하고 분류 될 수 있다는 개념은 조명이 파도와 같은 특성을 가졌다는 잘 확립 된 원리에 반대함에 따라 거대한 비판에 부딪쳤다.
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그러나 빛의 입자 특성은 Quanta 로 알려진 작은 에너지 패킷을 나타낼 수있는 기본 단위를 가져 왔습니다. . 이것은 Albert Einstein 자신 외에는 아무도 제안하지 않았습니다. 아인슈타인은 에너지 패킷이 전체적으로, 특히 한 양자 상태에서 다른 양자 상태로 점프하려는 전자에 의해 생성되거나 흡수 될 수 있다고 가정했다. 양자 역학의 세 번째이자 마지막 기본 기둥은 물질의 웨이브 특성 입니다. . 이것은 소화하기 어려울 수 있지만 물질은 파도와 같은 특성을 나타냅니다. 물질의 파도와 같은 특성은 서로의 작품에 대해 잊어 버렸음에도 불구하고 거의 동시에 두 과학자에 의해 제안되었습니다. 이 두 가지 발견자는 과학자 Louis de Broglie와 Erwin Schrodinger였습니다. 그들은 두 가지 근본적으로 다른 수학적 접근법을 사용하여 물질의 파도와 같은 특성을 증명했습니다. 나중에 두 사람 모두 공헌으로 인정 받았으며 그들의 아이디어는 공동으로 Heisenberg-Schrodinger 모델로 지명되었습니다. Heisenberg는 양자 역학에 더 중요한 기여를했습니다. 기본 기둥만큼 필수적인 것은 아니지만 중요한 역할을했으며 Heisenberg의 불확실성 원칙 로 알려져 있습니다. . 그는 물질의 특성이 파도와 비슷하기 때문에 전자의 속도와 위치와 같은 일부 특성은 서로 보완된다고 추론했다. 간단히 말해서, 전자의 각 속성을 어느 정도 정확도로 동시에 측정 할 수있는 한계가 있습니다.
Heisenberg의 불확실성 원칙
관찰은 현실에 영향을 미칩니다
(사진 크레디트 :Warren Leywon/Wikimedia Commons)
양자 '관찰자'가 시청할 때 양자 역학은 입자가 파도로도 행동 할 수 있다고 말합니다. 이는 미크론 서브 미크론 수준의 전자, 즉 1 미크론 미만의 거리 또는 1 천 분의 1 밀리미터의 전자에서 사실 일 수 있습니다. 파도로 작동 할 때 전자는 동시에 여러 개구부를 방벽으로 통과 한 다음 다른 쪽에서 다시 만날 수 있습니다. 이 회의는 간섭 로 알려져 있습니다 . 이제이 현상에서 가장 터무니없는 점은 아무도 그것을 관찰하지 않을 때만 발생할 수 있다는 것입니다. 관찰자가 입자가 개구부를 통과하는 것을보기 시작하면 얻어진 이미지가 크게 변합니다. 입자가 한 개구를 통과하는 것을 볼 수 있다면 다른 개구부를 통과하지 않았 음이 분명합니다. 다시 말해서, 관찰 중에, 전자는 파도 대신 입자처럼 행동하도록 강요 받고있다. 따라서 단순한 관찰 행위는 실험 결과에 영향을 미칩니다.
Erwin Schrodinger &Heisenberg (사진 크레디트 :노벨 재단 /Wikimedia Commons)
이 현상을 보여주기 위해 Weizmann Institute는 크기가 1 미만인 작은 장치를 구축하여 두 개의 개구부가있는 장벽이있었습니다. 그런 다음 전자의 전류를 장벽으로 보냈습니다. 이 실험에서 관찰자는 인간이 아니었다. 대신, 그들은 통과 전자의 존재를 발견 할 수있는 작은 전자 검출기를 사용했습니다. 전자 전도도를 변경하거나 전류를 통과하는 전류의 강도를 변경함으로써 전자를 감지 할 수있는 양자 "관찰자"용량을 변경할 수 있습니다. 전자를 "관찰"하거나 감지하는 것 외에도, 검출기는 전류에 영향을 미치지 않았다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 개구부 중 하나 근처에 탐지기 "관찰자"가 존재하면 장벽의 개구부를 통과하는 전자파의 간섭 패턴의 변화를 일으킨다는 것을 발견했습니다. 실제로,이 효과는 관찰의 "양"에 의존했다 :전자를 감지 할 수있는 "관찰자의"용량이 증가했을 때, 즉 관찰 수준이 올라 갔을 때, 간섭이 약화되었다. 대조적으로, 전자를 검출하는 능력이 감소하고 관찰이 느슨해지면 간섭이 증가했다. 따라서, 양자 관찰자의 특성을 제어함으로써 과학자들은 전자의 행동에 미치는 영향의 정도를 제어 할 수있었습니다!
