| [ garbages ] in KIDS 글 쓴 이(By): limelite (a drifter) 날 짜 (Date): 2011년 07월 08일 (금) 오전 09시 45분 47초 제 목(Title): 양자역학-이중슬릿 실험? 브라이언 그린의 '우주의 구조' 책을 틈틈이 보고 있는데요. 양자역학에서 입자의 입자성과 파동성을 확인하는 이중슬릿 실험에 대해서 읽다가 전부터 궁금해 하던 것 적어봅니다. 기본은 전자총으로 전자를 쏴서 이중슬릿을 통과시킨 다음 스크린에 회절 간섭 무늬가 나오는지 보는 그 유명한 실험인데요. 전자가 이중슬릿 중 어느 쪽을 통과했는지 판별하는 판별기를 이런 방식으로 설치한다고 하자구요. 1. 슬릿A와 B, 2개의 슬릿을 가진 이중슬릿을 구리와 같은 금속판으로 만들고, 슬릿A와 슬릿B 사이는 전기적으로 절연이 되도록 만듭니다. 슬릿A와 B를 전기적으로 분리되도록 만드는 거죠. 목적은 그겁니다. 전자가 예를 들어 슬릿A를 통과하면 슬릿A쪽 금속판에 전자기장 변화를 유도할텐데, 그 전자기장 변화를 감지해서 전자가 슬릿A를 통과하는지 알려는 겁니다. 슬릿B의 경우도 마찬가지구요. 2. 간단하게 생각하기 위해서 전자총과 이중슬릿, 스크린을 포함하는 "실험장치"는 모두 외부와 충분히 전기적으로 절연되어서 외부 전자장의 영향을 받지 않는다고 가정하구요. 단, 외부 계측장비와 연결해서 실험 결과를 인간이 알 수 있는 연결단은 가지고 있습니다. 3. 이제는 전자 하나가 통과하며 슬릿의 금속판에 유발하는 미소한 전자장 변화를 감지해서 인간에게 알려줄 "계측장치"가 필요하겠죠. 슬릿A의 금속판의 적당한 곳에 미소한 전기신호를 증폭하는 AMP를 연결할 수 있도록 2개의 연결단을 설치합니다. 여기 AMP는 우리가 보통 쓰는 2개의 입력단의 전압 차를 측정하는 전자회로 AMP입니다. 일반 AMP와 차이는 실험에서 발생하는 아주 미소한 전압변화도 감지할 수 있도록 충분히 민감하고, 입력단이 굉장히 high-impedance여서 AMP를 슬릿의 금속판에 연결해도 전기적 영향이 거의 없습니다. 실험장치와 계측장치가 "최대한" 전기적으로 절연된다는 의미입니다. (완전 절연이면 측정이 불가능하므로 최대한 절연) 슬릿B에도 같은 구조를 설치합니다. 4. 계측장치와 실험장치는 항상 연결되어 있는 것이 아니고, 스위치 같은 것을 이용해 사람이 필요에 따라 연결할 수도 있고 연결하지 않을 수도 있습니다. 실험에 대한 묘사가 부족하더라도 워낙 유명한 실험이니까 대략 알아서 파악해주시길... 암튼... 전자총-이중슬릿 통과 실험에서, 전자가 어느 슬릿을 통과했는지 관측하면 전자의 파동성이 사라지고, 따라서 스크린에는 회절간섭무늬가 나오지 않게 된다고 잘 알려져 있는데요. 이런 실험의 목적은 도대체 어디서부터 전자의 파동성을 사라지게 만드는 관측이냐, 이런 걸 알고 싶은 겁니다. a. 저렇게 입자성을 확인하기 위한 실험장치만으로도, 즉 실험장치에 계측장치를 연결하지 않아도, 전자의 파동성은 사라지고 스크린에는 회절 간섭무늬가 사라진다. b. 실험장치만 동작할 때는 스크린에 회절간섭무늬가 나타나는데, 실험장치에 계측장치를 연결하는 순간 간섭무늬가 사라진다. c. 실험장치에 계측장치를 연결해도 여전히 스크린에는 간섭무늬가 나타나지만, 인간이 계측장치를 읽고 전자가 어느 슬릿을 통과했는지 인지하는 순간 간섭무늬가 사라진다. a, b, c 중 어느 게 맞나요? 굉장히 유명한 실험이고 자주 듣는 실험인데, 어디서부터 전자의 파동성을 사라지게 만드는 관측인지 설명이 모호한 경우가 많고, 지금 읽고 있는 '우주의 구조' 책도 마찬가지여서 질문을 올려봅니다. ............................................................................... a drifter off to see the world there's such a lot of world to see |