이중 슬릿 실험
'''Double-slit experiment'''
1. 개요
양자역학에서 실험 대상의 파동성과 입자성을 구분하는 실험이다. 실험 대상을 이중 슬릿 실험 장치에 통과시키면 그것이 파동이냐 입자이냐에 따라 결과가 달라진다.
파동은 회절과 간섭의 성질을 지니고 있기 때문에, 파동이 양쪽 슬릿을 빠져나오게 되면 회절과 간섭이 작용하고 뒤쪽 스크린에 간섭 무늬가 나타난다. 반면 입자는 이러한 특성이 없으므로 간섭 무늬가 나타나지 않는다. 이 두 가지 상의 차이를 통해 실험 물질이 입자인지 파동인지를 구분한다.
2. 역사
그 시작은 영국의 과학자 토머스 영(Thomas Young, 1773~1829)이 빛을 가지고 한 실험이었다. 17세기에 뉴턴은 빛이 입자임을 주장하였지만 영의 실험으로 빛이 파동성을 띈다는게 입증되었고 빛은 파동으로 인정되었다.
하지만 클린턴 데이비슨과 레스터 저머가 전자총을 니켈 결정에 쏘는 실험[2]을 하였는데 그 당시 전자는 입자성을 띄고있다고 여겨젔지만 정작 이중슬릿처럼 간섭무늬가 나타나자 학계에 논란이 분분하였다. 훗날 아인슈타인이 광전효과를 증명하여 빛이 파동성과 입자성을 동시에 가질수 있다는걸 증명하였고 이는 물질파 이론으로 이어저 양자역학의 기반이 된다.
현재는 전자는 물론, 원자, 분자 수준의 이중 슬릿 실험으로 파동이 된다는점까지 확인하였으며 세포 단위의 이중슬릿 실험까지 진행되고 있다. 관측되지 않으면 모든 입자가 파동이라는 것을 증명해낸 것이다. 이는 파동의 성질을 가지게 되는 크기의 한계가 없다는 것을 의미한다. 극단적으로 말해 사람도 관측되지 않으면 파동으로 존재한다는 이야기까지 된다. 허나 아인슈타인은 확률로 존재한다는 것에 극히 거부감을 보였으며 "신은 주사위를 던지지 않는다"라고 한 말은 유명하다. 이에 닐스 보어는 "신에게 이래라 저래라 하지 마시오"라며 받아쳤다.
[1] 실제 슬릿은 사진처럼 넓지 않다. 면도날로 그으면 나오는 두께 정도이다. b, c 사이의 거리도 얼마 되지 않는다. 그리고 a와 (b, c) 때문이 아니라 b와 c 때문에 이중 슬릿이라고 부른다.[2] 그 유명한 데이비슨 거머(저머) 실험이다