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만약 전자가 입자라면, 전자 빔이 두 개의 근접한 슬릿을 통과할 때, 두 개의 작은 전자 빔이 나타나고 그 사이에 어둠이 깃든 두 개의 밝은 줄무늬를 생성해야 할 것으로 예상됩니다. 처음에는 몇 개의 전자만 있으면 국부적인 점이 화면에 무작위로 나타납니다. 이것은 입자와 유사한 거동을 암시합니다.
그러나 점점 더 많은 전자가 슬릿을 통과함에 따라, 파동과 유사한 거동의 특징인 간섭 패턴이 나타납니다. 이게 어떻게 가능합니까? 보어 모델에서 전자는 핵 주위의 궤도를 도는 입자라고 제안했다는 것을 상기해 봅시다.
프랑스의 물리학자 루이 드 브로이는 전자가 파동 특성을 나타낼 수 있다고 가정했습니다. 그는 전자가 파장 람다를 가지는 원형 정상파처럼 행동한다고 제안했습니다. 매 궤도의 원주는 파장의 정수배를 포함합니다.
파형의 특정한 지점들에서 진폭이 0이며 이것들은 마디점입니다. 드 브로이는 전자의 파장이 질량과 속도에 따라 달라지는 다음과 같은 관계를 제안했으며, 여기서 h는 플랑크 상수입니다. 전자의 속도가 클수록 파장은 짧아집니다.
드 브로이 가설은 모든 물질로 확장되며, 이러한 파동을 물질파'라고 합니다. 그러나 골프공과 같이 크고 거시적인 물체는 파동으로 나타나지 않습니다. 드 브로이 관계를 적용하면, 작은 플랑크 상수를 골프공의 질량과 속도로 나눈 값은 극히 짧은 파장이 되어 관찰이 불가능해집니다.
그러나 전자와 같이 질량이 극히 작은 아원자 입자의 경우 그 파동성을 무시할 수 없습니다. 엑스레이선이 결정체를 통과하면 파동이 회절되어 독특한 간섭 패턴이 얻어지는데 이를 바탕으로 결정 속의 원자의 배열을 알 수 있습니다. 이것은 엑스선 회절이라고 알려진 실험 기법입니다.
엑스선 대신 전자를 결정체에 통과시켜 유사한 실험을 하면 비슷한 패턴이 관찰됩니다. 이것은 전자가 파동과 유사한 거동을 보여주는 입자라는 실험적인 증거입니다.
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