이중 슬릿 실험: 양자역학의 가장 기묘한 실험

1. 실험은 단순했다, 처음엔

1800년대 초, 영국의 과학자 토머스 영은 빛이 입자일까, 파동일까를 알아보기 위해 간단한 실험을 고안했습니다.
방법은 이렇습니다:

1. 빛을 하나의 틈(슬릿)이 아니라, 두 개의 좁은 틈으로 통과시키게 합니다.
2. 그 뒤에 있는 스크린에 어떤 무늬가 나타나는지 관찰합니다.

결과는 놀라웠어요.
빛은 마치 물결처럼 행동하며, 간섭 무늬—즉, 밝고 어두운 줄무늬—를 만들었습니다.
이건 파동만이 만들어낼 수 있는 결과였죠.
즉, 빛은 입자가 아니라 파동처럼 보였습니다.

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2. 그런데 전자도 이렇게 행동한다고?

시간이 흘러 20세기, 과학자들은 이번엔 전자(입자)를 같은 방식으로 실험해봤습니다.
빛이 아닌, 진짜 작고 단단한 물질이니까 입자처럼 행동해야 하죠?

하지만 실험 결과는 충격적이었습니다.

• 전자를 하나씩 쏴도, 스크린에는 간섭 무늬가 나타났습니다.
• 전자는 혼자서도 파동처럼, 두 경로를 동시에 통과한 것처럼 행동한 것이죠.

즉, 전자는 동시에 두 곳에 있었다는 말입니다. 말도 안 되는 소리처럼 들리지만, 실험은 그렇게 말하고 있었습니다.

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3. 관찰을 하면 무언가 달라진다

과학자들은 실험을 조금 바꿔봤습니다.
전자가 어느 틈으로 지나가는지를 관찰할 수 있도록 장비를 달았죠.

그랬더니... 간섭 무늬가 사라졌습니다.
전자는 입자처럼, 딱 한 곳만 지나간 흔적을 남겼어요.

즉, 우리가 "어디로 갔는지 본다는 행위 자체"가 결과를 바꿔버린 것입니다.
관찰하지 않으면 전자는 파동처럼 행동하고,
관찰하면 입자처럼 행동합니다.

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4. 그래서 과학자들은 이렇게 말합니다

• 전자는 여러 가능성으로 존재한다. (확률의 중첩 상태)
• 우리가 관찰할 때, 하나의 현실로 붕괴된다.
• 현실은 관측 전에는 고정되지 않는다?

이런 현상들을 설명하기 위해 다양한 해석이 나왔습니다:

• 코펜하겐 해석: 측정하면 상태가 확정된다.
• 다세계 해석: 모든 가능성이 실제로 벌어지고, 우리는 그 중 하나의 세계를 경험한다.
• 의식이 관측을 만든다는 철학적인 주장까지 등장했습니다.

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5. 일상의 상식을 깨는 실험

이중 슬릿 실험은 단순한 구조임에도 불구하고,
우주가 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 모든 직관을 깨뜨립니다.

• 세상은 우리가 보지 않을 땐 어떻게 존재하나?
• 관측이 현실을 만든다면, ‘현실’이란 뭘까?
• 내가 지금 경험하는 이 세계는, 선택된 무수한 가능성 중 하나일까?

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마무리하며

이중 슬릿 실험은 단순한 과학 실험을 넘어,
우주와 인간, 현실의 본질에 대한 근본적인 질문을 던집니다.
아직도 많은 과학자들이 이 실험의 결과를 둘러싸고 토론을 이어가고 있고,
그 속에서 새로운 기술(예: 양자컴퓨터)도 태어나고 있습니다.