입자와 파동 회절

빛을 본질적으로 파동과 유사하다고 가정하는 견해가 있습니다. 이 견해에 따르면, 빛은 고요한 연못에 돌이 떨어졌을 때 잔물결이 연못의 표면 전체에 퍼지는 것과 유사한 방식으로 공간을 가로지르는 에너지를 생성합니다.반대되는 견해에서는 빛이 정원 호스 노즐에서 분사되는 작은 물방울과 같이 입자의 일정한 흐름으로 구성된다고 주장합니다.이 대화형 튜토리얼에서는 입자와 파동이 불투명한 표면에 의해 회절될 때 어떻게 작용하는지 알아봅니다.

이 튜토리얼은 약 90도의 입사각으로 불투명한 라이트 스톱의 표면에 충돌하는 단색 적색광(광자)의 입자로 시작합니다.스톱에 부딪힌 입자는 굴절되거나(그림에 표시되지 않음) 편향되지 않고 물체를 통과합니다.라이트 스톱 아래에 있는 Particle/Wave(입자/파동) 슬라이더를 사용하면 입자의 빔을 평면 파면으로 바꿀 수 있습니다.파동이 되기 전에, 입자는 스스로 파동으로 정렬합니다.광파는 불투명 장벽 뒤의 그림자 영역으로 회절되면서(또는 휘어지면서) 라이트 스톱과 상호 작용합니다.마우스 커서를 사용하여 다가오는 파동이나 입자 앞에서 불투명한 라이트 스톱을 앞뒤로 드래그할 수 있습니다.

입자와 파동은 물체의 가장자리에 부딪혀 그림자를 형성할 때 서로 다르게 작용해야 합니다(그림 1).Newton은 자신의 1704년 저서 Opticks(광학)에서 "빛이 구부러진 통로를 따라가거나 그림자로 휘어진다고 알려진 바 없다"고 즉각 지적했습니다.이 개념은 빛 입자는 항상 직선으로 이동해야 한다고 주장하는 입자 이론과 일치합니다.입자가 장벽의 가장자리에 부딪히면 그림자가 생성되는데, 장벽에 막히지 않은 입자들은 직선으로 계속 진행하고 가장자리 뒤로 퍼져나갈 수 없기 때문입니다.거시적 척도에서 이 관찰은 거의 정확하지만, 훨씬 작은 규모의 빛 회절 실험에서 얻은 결과와는 일치하지 않습니다.

빛이 좁은 슬릿을 통과하면 빔이 퍼지고 예상보다 더 넓어집니다.근본적으로 중요한 이 관찰은 빛의 파동 이론에 상당한 신뢰성을 부여합니다.물속의 파동처럼, 물체의 가장자리에 부딪히는 광파는 가장자리 주변에서 휘어지면서 기하학적 그림자로 나타나는 것처럼 보이는데, 이는 광 빔이 직접적으로 비추지 않는 영역입니다.이러한 작용은 반사되는 대신, 뗏목의 끝을 감싸는 물결과 유사합니다.