빛을 한 알씩 보내도 왜 줄무늬가 생길까?

Why do stripes appear even when light is sent one photon at a time?

빛 알갱이를 하나씩 띄엄띄엄 보내면, 줄무늬는 언제부터 보이기 시작할까요?

무슨 일이 일어났나

알갱이 하나가 화면 어디에 떨어질지는 미리 정해지지 않고, 두 틈을 지난 파동이 겹친 무늬(|ψ|²)가 자리마다 떨어질 확률만 정합니다.

그래서 처음 몇십 개는 아무렇게나 흩어진 듯 보이지만, NIST 논문 말처럼 낱낱의 알갱이가 많이 닿은 뒤에는 뚜렷한 파동 무늬가 드러납니다.

NIST 는 빛이 두 틈으로 서로 다른 길을 지나 뒤 화면에 간섭 무늬를 만든다고 설명합니다 — 알갱이가 하나뿐이어도 그 «두 길» 이 함께 확률에 들어갑니다.

시뮬레이터에서 1 초에 보내는 수를 50 개에서 500 개로 바꿔도 무늬가 생기는 빠르기만 달라질 뿐, 쌓인 뒤의 줄 간격은 똑같이 2.00 mm 입니다.

💡 생활 속 예시

  • 아주 어두운 곳에서 폰으로 사진을 찍으면 처음엔 자글자글한 점투성이인데, 빛이 오래 쌓일수록 그림이 또렷해지는 모습은 줄무늬가 쌓이는 모습과 닮았습니다.
  • 첫눈이 내릴 때 마당에 떨어진 눈송이 몇 개로는 아무 무늬도 알 수 없지만, 눈이 많이 쌓이면 바람이 막힌 곳과 트인 곳의 모양이 드러납니다.

확인된 값

알갱이가 많이 쌓인 뒤에야 파동 무늬가 드러난다 (NIST)
pattern after many impacts 출처
이중 슬릿 실험은 파동–입자 이중성을 뚜렷이 보여 준다
duality 출처
빛이 두 슬릿으로 다른 길을 지나 뒤 화면에 간섭 무늬를 만든다
two paths 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 전자기와 양자 · 양자와 미시세계 [12전자03-01]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 빛과 물질의 양자

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2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

④ 실시간 자료

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