이중 슬릿 실험은 양자 세계의 이원성을 보여줍니다. 광자의 파도/입자 이중성이 관찰 될 때 영향을받습니다.
빛은 우리가 처음으로 우리 주변의 세계에 의문을 제기하기 시작한 이래로 물리학 자들을위한 주요 탐구 영역 중 하나였습니다. 당연히 우리가 보는 매체이므로 세상을 측정하고 이해합니다. 그것은 우리의 상상력에 강력한 상징을 가지고 있으며, 우리의 종교에 반영되며 우리의 경전에서 유명하게 인용됩니다.
엄격한 과학은 빛에 대한 우리의 무지를 깨달았습니다. 1800 년대까지, 빛은 뉴턴 물리학에 의해 입증 된 입자로 구성된 것으로 생각되었습니다.
우리가 총에서 나오는 총알처럼 빛이 직선으로 이동하는 것을 볼 때 이것은 직관적으로 나왔습니다.
직선으로 이동하는 빛 (사진 크레디트 :Nobeastsofierce/Shutterstock)
그러나 자연은 종종 우리의 기대보다 더 이상하며, Thomas Young은 현재 심하게 연구되고 불멸화 된 이중 슬릿 실험에서 처음으로 빛의 이상한 행동을 보여주었습니다. 이 실험은 자연의 미세한 작업에 대한 매혹적인 통찰력을 제공하며 빛, 물질 및 현실 자체에 대해 우리가 알고있는 모든 것에 도전했습니다. 아인슈타인을 포함하여 전설적인 과학자들을 당황하게 한 실험을 다시 방문합시다!
이중 슬릿 실험
실험은 매우 간단하며 부품이 거의 없습니다. 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다 :
- 빛 또는 물질의 원천 - 광자, 전자, 총알
빛 또는 물질을 발사하는 소스 (광자, 전자) (사진 크레디트 :Vectorknight/Shutterstock)
• 소스가 통과하기 위해 두 개의 좁은 슬릿.
두 개의 슬릿
• 소스가 인상을주는 투영 화면. 인상의 패턴은 그것이 파도인지 입자인지를 알려줍니다.
인상을위한 프로젝터
실험의 목적은 빛과 물질의 기본 구성을 보는 것입니다.
기관총의 친숙한 총알부터 시작하겠습니다. 우리의 총은 두 슬릿 범위를 향해 정기적으로 총알을 발사합니다.
실험은 총알로 수행되었습니다
프로젝터에 두 개의 직선이 나타납니다. 그래프 패턴은 두 산의 패턴입니다. 크레스트가 인상 지점을 암시하고 트로프는 빈 장소를 의미합니다.
여기서 주목해야 할 것은 S2를 닫고 총을 발사하면 한 줄만 나타납니다. 따라서 S는 S1과 S2의 합, 즉 S =S1 + S2의 합과 같다고 안전하게 말할 수 있습니다.
s =s1 + s2
빛은 실험의 다음 소스입니다. 인상은 두 개의 슬릿을 통해 광자 묶음이 발사되는 것처럼 보입니다. 당신이 나올 것이라고 생각하는 패턴은 무엇입니까? 총알과 비슷합니까? 글쎄, 빛은 총알과 같은 입자로 구성되므로 패턴이 동일하다고 말하는 것은 멀지 않습니다.
파도로 이동하고 서로 충돌하는 광자 (사진 크레디트 :Magnetix/Shutterstock)
그러나 놀랍게도 인상은 두 개의 직선이 아닙니다. 나타나는 그래프 패턴은 간섭 패턴입니다. 중앙에는 가장 밝은 인상이 있으며 양쪽에는 물러갑니다. 간섭 패턴은 두 파도가 서로 방해 할 때만 이루어집니다. 그것에 대한 다른 가능한 설명은 없습니다. 패턴은 빛이 파도로 움직이고 있음을 보여줍니다.
두 슬릿의 파도가 서로 충돌하고 있습니다. 두 파가 충돌 할 때 발생하는 독특한 형성이 있습니다. 파도에는 문장 (위의 부분)과 트로프 (아래 부분)가 있습니다.
파도의 크레스트와 트로프 (사진 크레디트 :Kicky_princess/Shutterstock)
한파의 문장이 다른 파도의 문장과 충돌하면 프로젝터의 밝은 지점으로 보이는 건설적인 간섭을 추가하고 형성합니다. 하나의 파도와 다른 파도의 문장이 충돌 할 때, 그들은 서로를 취소하고 파괴적인 패턴을 형성하여 프로젝터의 인상 사이에 어두운 반점이 생깁니다.
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파도에서 건설적이고 파괴적인 간섭 (사진 크레딧 :Fouad A. Saad/Shutterstock)
두 번째 슬릿이 닫히고 실험이 다시 수행됩니다. 이제 하나의 슬릿이 이동하여 광자는 직선을 형성합니다. 여기에서 S는 S1과 S2의 합과 같지 않으며, 이것은 또한 Light의 파동 입자 이중성이 초점을 맞추는 곳입니다.
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S는 S1 + S2와 같지 않습니다
이 계시는 빛에 대한 우리의 생각이 바뀌었지만 토끼 구멍은 끝나지 않습니다. 우리가 실험을 더 반복 할 때 상황이 더 이상해집니다. 이제, 많은 광자를 함께 번쩍이는 대신, 정기적으로 슬릿을 통해 단일 광자 만 발사됩니다. 그것이 단일 광자이며 상호 작용할 다른 파도가 없다는 것을 감안할 때, 광자가 프로젝터에서 단일 라인을 만들 것이라고 말할 수 있지만 결과는 반 직관적입니다. 프로젝터의 형성은 여전히 간섭 패턴입니다!
단일 광자는 동일한 패턴을 보여줍니다 (사진 크레디트 :Magnetix/Shutterstock)
이것이 어떻게 될 수 있습니까? 단일 광자는 어떻게 광자가 그 뒤에 오는 광자에 대해 알 수 있고 함께 총에 맞는 그룹의 패턴을 형성 할 수 있습니까?
이것은 양자 짜증이 시작되고 상황이 꽤 멀어지는 곳입니다. 단일 광자는 슬릿을 모두 통해 이동하고 그 자체와 충돌하여 간섭 패턴을 형성하는 것으로 보입니다. 이것은 우리가 뉴턴 규모로 볼 수있는 법에 순종하지 않기 때문에 물리학 자들을 많이 괴롭 혔습니다. 큰 조립은 작은 구성 요소의 동작과 다른 방식으로 행동하는 것으로 보인다.
이제 홈런을 치고이 이상함을 다른 수준으로 끌어 올리 봅시다. 이 실험의 마지막 반복은 자연의 부조리와 세상이 진정으로 얼마나 엉뚱한 지 감사하게 할 것입니다.
관찰은 현실에 영향을 미칩니다
이 시점에서, 우리는 단일 광자가 슬릿에서 동시에 동시에 이동하고 그 자체와 충돌하여 간섭 패턴을 형성한다는 것을 확립했습니다. 고전 물리학이 지시함에 따라, 같은 광자가 동시에 두 슬릿을 통과하는 것은 불가능합니다. 아마도 그것은 두 부분으로 나누어지고 그 자체로 상호 작용하고있을 것입니다. 알 수있는 유일한 방법은 시청하는 것입니다. 검출기는 슬릿 중 하나에 배치되므로 광자가 슬릿을 통과 할 때 검출기가 식별합니다.
검출기 추가
광자가 슬릿을 통과함에 따라 감지기는이를 식별합니다. 프로젝터에서 나오는 패턴은 단일 줄입니다.
광자는 관찰 될 때 입자로서 작용한다.
양자 규모로 용어를 다룰 것이라고 생각할 때 물건이 머리 위로 미끄러 져 들어갑니다. 광자를 측정하거나 관찰하는 행위는 단 하나의 경로를 통과하여 입자의 프로젝터에 인상을줍니다. 더 이상 자체와 상호 작용하지 않으며 간섭 패턴이 나타나지 않습니다. 실험이 다양한 수준의 검출로 수행되면, 모든 통과 광자에서 검출이 어두워 지도록 (예 :7-10 개의 광자가 감지되고 그 숫자가 계속 감소 함) 간섭 패턴이 천천히 다시 나타납니다. 광자는 관찰되지 않을 때 파도로 작용하고 그들이 관찰 될 때 입자 역할을합니다.
다양한 해석 :
이중 슬릿 실험은 과학 역사상 가장 반복 된 실험 중 하나입니다. 전자, 원자, 분자 및 버키 볼과 같은 복잡한 풀러렌은 실험의 원천으로 사용되었습니다. 모든 소스를 사용하여 동일한 결과를 얻습니다. 패턴은 빛과 물질 모두에서 일관됩니다.
양자 규모의 것들은 거시적 척도의 결정 론적 법칙을 따르지 않습니다. 이 양자 현상에 대한 많은 해석이 있습니다. 코펜하겐 해석은 간섭 패턴이 광자의 모든 가능한 함수 (파동 함수)이며 그것을 관찰하거나 측정하는 행위는 웨이브가 많은 대안 중 하나 (파동 함수의 붕괴) 중 하나를 선택하게한다.
.또 다른 해석은 많은 세계 이론으로, 광자의 파동 함수의 가능한 모든 상태가 동시에 존재하며 우리의 탐지는 파도 함수 의이 특정 사례라는 것을 나타냅니다.
이론은 거칠게 달리는 경향이 있으며 양자 영역이 머리를 감싸는 데 약간 미끄러 져 있다고 말하는 것이 안전합니다. 그러나 좋은 회사에 있기 때문에 기분이 나빠질 필요가 없습니다. Richard Feynman이 말했듯이 :
