양자역학 · Young 1801 / Taylor 1909Quantum Mechanics · Young 1801 / Taylor 1909

이중 슬릿 실험Double-Slit Experiment

두 개의 틈으로 빛(또는 전자)을 통과시키면 줄무늬가 생깁니다. 여기까진 파동. 그런데 입자를 단 한 개씩 쏴도 결국 같은 줄무늬가 나타납니다. 게다가 어느 틈으로 갔는지 지켜보면 줄무늬가 사라집니다. Send light (or electrons) through two slits and you get stripes, so far, a wave. But fire the particles one at a time and the same stripes still build up. And if you watch which slit each takes, the stripes vanish.

파동-입자 이중성Wave–particle duality 중첩Superposition 측정Measurement

가장 이상한 실험The strangest experiment

파인만이 "양자역학의 모든 신비가 담긴 유일한 실험"이라 부른 것입니다. 입자를 하나씩 쏘면, 각 입자는 스크린의 한 점에 도착합니다 (입자다움). 그런데 수천 개가 쌓이면 밝고 어두운 줄무늬가 나타납니다 (파동다움). 마치 입자 하나가 두 틈을 동시에 지나 자기 자신과 간섭한 것처럼요.

Feynman called it "the one experiment that holds all the mystery of quantum mechanics." Fire particles one by one and each lands at a single point on the screen (particle-like). Yet once thousands pile up, bright and dark stripes appear (wave-like), as if each single particle went through both slits at once and interfered with itself.

🌊 슬릿을 통과시켜 보기🌊 Send them through the slits

입자를 하나씩 쏘아 무늬가 쌓이는 것을 본 뒤, 관측 장치를 켜 보세요. 파동으로 보기는 참고용입니다Fire particles one at a time and watch the pattern build, then turn on the detector. The wave view is just for reference
스크린 도착 수Hits on screen
0
현재 상태Current state
–
슬릿(틈)Slits (openings) 도착한 입자Landed particle 관측 시 경로Path when observed
※ 넓게 쏜 입자 대부분은 장벽에 막혀 흡수되고(회색), 슬릿을 통과한 일부만 스크린에 무늬를 만듭니다. ※ Most of the sprayed particles are absorbed by the barrier (grey); only the few that pass through the slits build the pattern.

스스로 확인할 것See for yourself

① 입자 하나씩이 이 실험의 본체입니다. 처음엔 점들이 무작위로 흩어지는 듯하지만, 수백 개가 쌓이면 줄무늬가 저절로 떠오릅니다. 입자 각각은 어디에 도착할지 확률로만 정해집니다. 기다리기 답답하면 1000개 빠르게 쌓기를 누르면 됩니다.

① One at a time is the experiment itself. At first the dots look random, but after a few hundred, stripes emerge on their own. Where each particle lands is set only by probability. Press Pile up 1000 fast if waiting feels slow.

② 관측 장치를 켜세요. 이제 각 입자가 어느 틈으로 지나는지 "알게" 됩니다. 그 순간 간섭 줄무늬가 사라지고, 슬릿 하나씩의 결과를 그냥 더한 것(P = P₁ + P₂), 즉 완만한 봉우리 하나만 남습니다. "본다"는 행위 자체가 결과를 바꾼 것입니다. 이것이 양자 측정 문제의 심장부입니다. ② Turn on the which-path detector. Now you "know" which slit each particle takes. The stripes vanish and what is left is the two one-slit results simply added (P = P₁ + P₂), a single smooth hump. The act of looking itself changed the outcome, the heart of the quantum measurement problem.

③ 파장(색)과 슬릿 간격 d를 바꿔 보세요. 파장이 길수록 줄무늬가 넓어지고, 슬릿 간격 d를 넓히면 촘촘해집니다. 설정이 바뀌면 무늬도 다른 무늬가 되므로, 쌓아둔 점은 자동으로 지워지고 처음부터 다시 쌓입니다.

③ Change the wavelength (colour) and the slit spacing d. A longer wavelength widens the stripes; a wider spacing d makes them finer. A new setting means a different pattern, so the dots collected so far are cleared and the pile starts again.

두 덩어리로 갈라지지 않는 이유: 슬릿이 좁으면 슬릿 하나가 만드는 무늬부터가 슬릿 간격보다 훨씬 넓게 퍼집니다. 그래서 두 무늬는 거의 겹쳐 있고, 더해도 봉우리는 하나입니다. 관측이 없앤 것은 줄무늬이지 퍼짐이 아닙니다. 두 덩어리로 갈라지려면 슬릿이 넓고 스크린이 가까워야 합니다. 그건 총알을 쏘는 상황에 가깝습니다.

Why it does not split into two lumps: with narrow slits, the pattern from one slit alone already spreads far wider than the gap between the slits. The two patterns overlap almost completely, so adding them gives one hump. What the measurement removed is the stripes, not the spread. Two separate lumps need wide slits and a nearby screen, which is closer to firing bullets.

참고: 파동으로 보기는 같은 상황을 연속된 파동으로 그린 화면입니다. 어느 쪽 그림이든 줄무늬 위치는 똑같이 나옵니다.

Reference: the wave view draws the same setup as a continuous wave. Either picture puts the stripes in the same places.