2. 전자의 더블슬릿 실험양자역학에서는 입자가 파동처럼 행동하고 파동이 입자처럼 행동한다고 이야기한다. 즉 입자이면서 파동인 것인데 전자와 빛은 모두 간섭효과를 나타낸다. 간섭효과란 2개 이상의 같은 파동(물결처럼 퍼져 나가는 것)이 겹쳐져서 파동을 세게 하거나 약하게 하는 현상을 말한다.
위 그림의 ‘전자의 더블슬릿 실험’에서 발견한 것은 이들의 행동을 관측하려고 하면 이들은 개개의 양자로 관측되고, 그 결과 어느 한 지점에 존재하는 것으로 나타난다.
미국 버지니아 대학의 천체물리학 교수 투안(Trinh Xuan Thuan)이 말하기를, “양자역학은 국소성局所性이라는 개념을 전부 제거한다. 그것은 공간에 전체론적 특징을 부여한다. ‘여기’나 ‘저기’라는 개념은 더 이상 의미가 없다. ‘여기’와 ‘저기’가 동일하기 때문이다. 이것이 물리학자들이 ‘불가분성’이라고 부르는 것이다.”라고 설명한다. 지금부터 라는 동영상에서 나오는 더블슬릿 실험의 내용을 통해 물질의 작은 소립자 또는 소립자들이 실제로 어떻게 움직이는지 이해해 본다. 만일 구슬 같은 작은 작은 물체를 무작위로 한 개의 틈을 가진 슬릿을 향해 쏜다면 그 구슬들이 틈을 통과하여 벽에 맞아 만드는 무늬를 볼 수 있다. 두 개의 틈을 가진 슬릿을 향해 쏜다면 추가한 그 옆의 틈에서도 같은 모양의 막대무늬를 볼 수 있다. 그런데 파동은 한 개의 틈을 가진 슬릿을 통과한 후 방사상으로 퍼져나가서 벽을 가장 세게 도달하는 것은 슬릿을 직접 통과한 선이 되며, 선의 밝기는 그 강도를 나타낸다. 여기까지는 구슬로 실험했을 때와 비슷하다.
하지만 두 개의 틈을 가진 슬릿을 통과한다면 다른 일이 일어난다. 만일 하나의 파동의 꼭대기가 또 다른 파동의 바닥과 만나면 파동들은 서로 상쇄된다. 이때 벽에는 간섭무늬가 생기게 되는데 파동의 꼭대기가 만나는 곳이 가장 강도가 센 곳, 가장 밝은 선을 띤다. 상쇄한 곳은 아무런 무늬도 생기지 않게 된다. 그래서 물질을 두 개의 틈을 가진 슬릿을 향해 발사하면 틈을 통과하여 벽에 맞은 부분에만 띠가 생기고, 파동을 통과시키면 많은 띠를 가진 간섭무늬가 생긴다.
이제 양자의 세계로 들어가서 보면 전자는 매우 작은 물질이다. 한 개의 틈을 가진 슬릿으로 전자들을 발사시키면 우리가 구슬로 했던 실험과 같이 하나의 띠가 생긴다. 만일 두 개의 틈을 가진 슬릿을 향해 쏜다면 두 개의 띠(무늬)가 생겨야 하는데 파동과 같은 간섭무늬가 생겼다. 물질의 작은 단위인 전자를 통과시켰는데 작은 구슬에 의해 생기는 두 개의 무늬가 아니라 파동과 같은 간섭무늬가 생긴 것이다.
어떻게 작은 물질의 전자가 파동과 같이 여러 개의 간섭무늬를 만들어 낸 것일까? 말이 되지 않는다. 하지만 물리학자들은 영리하다. 물리학자들은 이 작은 입자들이 서로 간섭하여 그러한 무늬를 만들었다고 생각하고 한 번에 하나씩 전자를 쏘기로 한다. 서로 간섭할 가능성이 없어진 것인데 하지만 한 시간 후에 똑같은 간섭무늬가 생겨나기 시작했다.
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