양자역학에 대해서 궁금합니다.(이중 슬릿 실험)

Question

이중 슬릿 실험에 대해서 이해가 되지 않습니다.

- 입자라고 생각했던 전자가 이중 슬릿을 통과 시켜 봤는데 뒤에 여러 줄이 나타났다

- 이를 통해 전자가 파동일수도 있겠구나 생각했다

- 이중슬릿을 통과할때를 관찰했는데 두줄만 나왔다

- 관찰하기 전에는 파동이었는데 관찰하고 나니 입자가 되었다

이게 무슨 말인가요?

관측을 하느냐 안하느냐에 따라 결과가 어떻게 달라질 수 있을까요?

관측 자체가 관여가 된거라는데 이것도 무슨 소리인지 모르겠습니다.

단지 보는게 무슨 영향을 끼쳤다는건지 이해가 되지 않습니다.

본다는게 무슨 에너지를 방출하는 건가요?

Answer 1

관측이라는 행위 자체가 물리적인 변화를 주는 행위이기 때문입니다.

우리가 관측을 해서 물리적인 값을 얻기 위해서는 "빛"의 도움이 필요합니다.

즉, 어떤 물체를 관측하고 그 관측된 상태가 관측한 대상의 눈에 들어와야

비로소 관측이 이루어지기 때문입니다.

그런데 빛은 입자이므로 관측하려는 물리적인 시스템에 변화를 주게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

먼저 입자(빛인 광자를 포함)는 파동성과 입자성을 갖습니다.(이중성)

그리고 양자역학에서 관측이라는 행위는 양자역학 상태의 붕괴를 의미합니다.

흔히 슈뢰딩거의 고양이를 예로들어 양자역학을 설명하는데 이를 예시로 붕괴가 무엇인지 먼저 설명을 드리겠습니다. 상자가 있고 그 안에 고양이가 있습니다. 그리고 외부에서 상자에 달린 버튼을 누를 경우 상자속으로 50퍼의 확률로 독가스가 살포되고 50퍼의 확률로 간식이 나옵니다. 그리고 우리는 그 버튼을 눌렀다고 쳐봅시다. 그러면 상자속 고양이는 죽었을수도 있고 살았을 수도 있습니다. 우리는 양자역학에서 고양이의 상태를 표현하기를 죽어있기도하고 살아있기도 하다 라고 표현합니다. 이는 죽음과 삶의 중첩된 상태를 의미합니다. 그런데 만약 상자를 열어 봤는데 고양이가 살아있다면 이는 틀림없이 살아 있는 상태만으로 기술됩니다. 다시 말해 관측을 통해 살아있는 상태로 붕괴된것이죠.

이제 이중슬릿 실험을 살펴보겠습니다. 전자총을 쏴 이중슬릿을 통과하는 실험을 진행하였습니다. 이 때 전자는 파동성을 가질 수 있고 이중슬릿을 통과하여 간섭무늬를 만들 수 있습니다. 마치 전자총 대신 빛을 쏴 이중슬릿을 통과하여 간섭무늬를 만드는 경우와 흡사합니다.

그런데, 만약 이중슬릿의 하나의 구멍에 전자가 통과하는지를 관측할 수 있는 장비를 두었습니다. 그렇게 되면 전자는 더 이상 파동성을 띄지 않고 입자성을 띱니다. 즉, 이중슬릿을 통과하여 맺히는 상은 단순히 슬릿구멍과 유사한 상으로 바뀐것입니다. 더 이상 간섭무늬(파동성에 의한)를 만들지 않죠. 이 때 전자를 관측함으로써 전자가 입자성을 띠게 붕괴된 것이죠. 더 이상 파동이 아닙니다. 그래서 관측장비를 둔 순간 간섭무늬가 나타나지 않습니다. 만약 전자를 관측할 수 있는 장비를 두지 않았다면, 전자가 파동성을 가지며 스크린에 간섭무늬가 생겼을 것입니다.

도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.