빛의 이중성과 이중슬릿, 광전효과 실험

빛은 2가지의 성질을 동시에 띠고 있다.

입자성과 파동성

 

입자성은 하나의 알갱이 같다는 얘기고

파동성은 소리, 지진과 같은 흔들림(Wave)의 특징을 말한다.

 

이해하기 쉽게 설명해보면

사람이 사과에 대고 "야!!!"라고 외치면 사과가 움직이나??

움직이지 않는다.

반대로 사과에 돌멩이를 던지면?

사과는 움직이게 된다.

 

이처럼 돌멩이는 입자의 성질을 가지고 있고 소리는 파동의 성질을 가지고 있다.

그러면 빛은 입자일까 파동일까??

 

이 전쟁은 200년간 물리학에 전쟁을 일으켰다.

 

먼저 콤프턴 효과부터 알아보자

 

콤프턴 효과

위와 같은 실험을 진행한 사람 이름이 아서 콤프턴이며, 이름을 따와 콤프턴 효과라고 한다.

다음 실험은 매우 간단하다.

 

빛을 전자에 쏘면?

1. 전자가 움직인다 = 빛은 입자다

2. 전자가 안 움직인다 = 빛은 파동이다.

 

위의 사과에 돌멩이를 던지느냐 소리를 지르냐 차이처럼 사과의 움직임에 따라 입자인지 파동인지 구분할 수 있는 것이다.

그러면 실제로 전자가 움직였느냐??

 

그렇다 전자는 움직였다.

그로인해 초기에는 빛은 입자라는 주장이 매우 우세했다고 볼 수 있다.

 

하지만 토머스 영의 이중슬릿 실험에 대해 알아보자.

다음과 같이 A, B 두개의 슬릿이 있다. 

슬릿은 간단하게 구멍이 뚫린 막대기라고 보면된다.

돌멩이를 구멍이 뚫린 막대기에 던지면 당연히 구멍을 통과해서 한곳에 적중하게 된다.

그런데 만약 파동이라면??

위와 같이 슬릿을 지나 스크린에 도달한 빛이 만들어낸 간섭무늬가 생기게 된다.

 

위와 같은 실험을 한 결과 실제로 빛은 간섭현상을 일의켰고 입자적 특징으로는 절대 설명이 되지 않는다.

 

이후 과학자들은 이러한 과정으로부터 확인한 입자성을 빛이 갖고 있던 기존의 성질인 파동성과 종합하여 빛의 이중성이라고 부른다.