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7.3:

๊ฐ„์„ญ๊ณผ ํšŒ์ ˆ

JoVE Core
ๅŒ–ๅญฆ
ใ“ใฎใ‚ณใƒณใƒ†ใƒณใƒ„ใ‚’่ฆ–่ดใ™ใ‚‹ใซใฏใ€JoVE ่ณผ่ชญใŒๅฟ…่ฆใงใ™ใ€‚  ใ‚ตใ‚คใƒณใ‚คใƒณๅˆใฏ็„กๆ–™ใƒˆใƒฉใ‚คใ‚ขใƒซใ‚’็”ณใ—่พผใ‚€ใ€‚
JoVE Core ๅŒ–ๅญฆ
Interference and Diffraction

่จ€่ชž

ๅ…ฑๆœ‰

ํŒŒ๋™์˜ ๊ณ ์œ ํ•œ ํŠน์„ฑ์€ ์„œ๋กœ ์ ‘์ด‰ํ•  ๋•Œ ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋กœ ์ƒ๊ธด ํŒŒ๋™์˜ ์ง„ํญ์ด ์ฆ๊ฐ€ํ•˜๊ฑฐ๋‚˜ ๊ฐ์†Œํ•˜๋Š” ๋ฐฉ์‹์œผ๋กœ ์ƒํ˜ธ์ž‘์šฉํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋Ÿฐ ํ˜„์ƒ์„ ๊ฐ„์„ญ์ด๋ผ๊ณ  ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋‘ ํŒŒ๋™์˜ ๋งˆ๋ฃจ๊ฐ€ ์ผ์น˜ํ•˜๋ฉด ๋™์ƒ’์ด ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.์ด๋Ÿฌํ•œ ํŒŒ๋™์ด ์ƒํ˜ธ์ž‘์šฉํ•˜๋ฉด์„œ ์ง„ํญ์ด ํ•ฉ์‚ฐ๋˜๊ณ  ์ง„ํญ์ด ๋Š˜์–ด๋‚œ ํŒŒ๋™์ด ์ƒ์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋ณด๊ฐ• ๊ฐ„์„ญ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ๋‘ ํŒŒ๋™์ด ์ •๋ ฌ๋˜์ง€ ์•Š๊ณ  ๋งˆ๋ฃจ๊ฐ€ ๋ฐ˜๋Œ€ ๋ฐฉํ–ฅ์— ์žˆ์œผ๋ฉด ์ด์ƒ’์ž…๋‹ˆ๋‹ค.์ด ๊ฒฝ์šฐ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ธ ํŒŒ๋™์˜ ์ง„ํญ์€ ๋” ์ž‘์•„์ง‘๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ์ƒ์‡„ ๊ฐ„์„ญ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ํ•œ ํŒŒ๋™์˜ ๊ณจ์ด ๋‹ค๋ฅธ ํŒŒ๋™์˜ ๋งˆ๋ฃจ์™€ ์™„์ „ํžˆ ๊ฒน์น˜๋ฉด ํŒŒ๋™์€ ์„œ๋กœ๋ฅผ ์ƒ์‡„ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.ํšŒ์ ˆ์€ ํŒŒ๋™์˜ ๋˜ ๋‹ค๋ฅธ ํŠน์ง•์ ์ธ ํ–‰๋™์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ํŒŒ๋™์„ ์œ„์—์„œ ๋‚ด๋ ค๋ณธ๋‹ค๊ณ  ์ƒ๊ฐํ•ด ๋ด…์‹œ๋‹ค. ๋งˆ๋ฃจ๋Š” ์ˆ˜์ง์˜ ์„ ์œผ๋กœ ๋‚˜ํƒ€๋‚ด์–ด์ง€๊ณ  ์ข์€ ํ‹ˆ์ด ์žˆ๋Š” ์žฅ์• ๋ฌผ์„ ํ–ฅํ•ด ํŒŒ๋™์ด ์ด๋™ํ•œ๋‹ค๊ณ  ์ƒ์ƒํ•ด๋ณด์‹ญ์‹œ์˜ค.์žฅ๋ฒฝ์˜ ํ‹ˆ์€ ํŒŒ์žฅ๊ณผ ํฌ๊ธฐ๊ฐ€ ๋น„์Šทํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ํŒŒ๋™์ด ํ‹ˆ์„ ํ†ต๊ณผํ•  ๋•Œ ์ž‘์€ ํ‹ˆ์˜ ์ฃผ๋ณ€์œผ๋กœ ํŒŒ๋™์ด ํœ˜์–ด์ง€๊ณ  ๋‹ค๋ฅธ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ํผ์ ธ ๋‚˜๊ฐ‘๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌ๋ฉด ์žฅ์• ๋ฌผ์— ๋‘ ๊ฐœ ์ด์ƒ์˜ ๊ตฌ๋ฉ์ด ์žˆ์„ ๋•Œ ํŒŒ๋™์€ ์–ด๋–ป๊ฒŒ ์ž‘๋™ํ• ๊นŒ์š”?์ด๊ฒƒ์€ ๊ด‘์›์„ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ๊ด€์ฐฐํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋น›์ด ๋ฐฉ์ถœ๋  ๋•Œ ํŒŒ๋™์€ ๋‘ ๊ฐœ์˜ ๊ฐ„๊ฒฉ์ด ๊ฐ€๊นŒ์šด ์Šฌ๋ฆฟ์„ ํ†ต๊ณผํ•˜๊ณ , ๋‘ ๊ฐœ์˜ ํšŒ์ ˆ๋œ ํŒŒ๋™์ด ํ•ฉ์ณ์ง‘๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ํŒŒ๋™๋“ค์€ ์„œ๋กœ ๊ฐ„์„ญํ•˜์—ฌ ํŒจํ„ด์„ ๋งŒ๋“ญ๋‹ˆ๋‹ค.๋‘ ํŒŒ๋™์ด ๊ฐ™์€ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ด๋™ํ•  ๋•Œ, ๋ณด๊ฐ• ๊ฐ„์„ญ์ด ์ผ์–ด๋‚ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋ฐ์€ ์„ ์œผ๋กœ ๊ด€์ฐฐ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์–ด๋Š ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ๋“  ์ค‘์‹ฌ์—์„œ ์กฐ๊ธˆ ๋–จ์–ด์ง„ ๊ณณ์—์„œ ํ•œ ํŒŒ๋™์€ ๋‹ค๋ฅธ ํŒŒ๋™๋ณด๋‹ค ์•ฝ๊ฐ„ ๋” ๊ธด ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ด๋™ํ•˜๋ฉด ์ด์ƒ’์ด ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.์ƒ์‡„ ๊ฐ„์„ญ์€ ์–ด๋‘ก๊ฒŒ ํ‘œํ˜„์ด ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ํŒŒ๋™์ด ์ด๋™ํ•˜๋Š” ๊ฑฐ๋ฆฌ์— ๋”ฐ๋ผ ๋ฐ์€ ์„ ๊ณผ ์–ด๋‘์šด ์„ ์ด ๊ต์ฐจํ•˜๋Š” ๊ฐ„์„ญ ํŒจํ„ด์ด ํ˜•์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ์ด์ค‘ ์Šฌ๋ฆฟ ์‹คํ—˜์€ ๋น›์˜ ํŒŒ๋™์„ฑ์„ ๋ณด์—ฌ์ค๋‹ˆ๋‹ค.

7.3:

๊ฐ„์„ญ๊ณผ ํšŒ์ ˆ

๊ฐ„์„ญ์€ ํŒŒ๋„์— ์˜ํ•ด ์ „์‹œ๋˜๋Š” ํŠน์ง•์ ์ธ ํ˜„์ƒ์ž…๋‹ˆ๋‹ค. ๋‘ ๊ฐœ์˜ ์ „์žํŒŒ๊ฐ€ ํ”ผํฌ์™€ ํŠธ๋กœํ”„์™€ ์ƒํ˜ธ ์ž‘์šฉํ•˜๋ฉด ์ง„ํญ์ด ํ–ฅ์ƒ๋œ ํŒŒ๋„๊ฐ€ ์ƒ์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋ฅผ ๊ฑด์„ค์ ์ธ ๊ฐ„์„ญ์ด๋ผ๊ณ  ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ๊ฒฝ์šฐ ์ƒํ˜ธ ์ž‘์šฉํ•˜๋Š” ๋‘ ํŒŒ๋„๊ฐ€ ์„œ๋กœ ๋‹จ๊ณ„์ ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

๋˜๋Š”, ๋‘ ํŒŒ๋„๊ฐ€ ์ผ์น˜ํ•˜๊ณ  ํ•œ ํŒŒ์˜ ์“ฐ๋ฃจ๊ฐ€ ๋‹ค๋ฅธ ํŒŒ๋„์˜ ํ”ผํฌ์™€ ์ผ์น˜(์œ„์ƒ์ด ์—†๋Š” ๋ฐฉ์‹์œผ๋กœ) ์ƒํ˜ธ ์ž‘์šฉํ•˜๋Š” ๊ฒฝ์šฐ, ๊ฒฐ๊ณผํŒŒ๋Š” ํ›จ์”ฌ ๋‚ฎ์€ ์ง„ํญ์„ ํ‘œ์‹œํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋ฅผ ํŒŒ๊ดด์ ์ธ ๊ฐ„์„ญ์ด๋ผ๊ณ  ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

ํŒŒ๋„๋Š” ๋˜ํ•œ ํšŒ์ ˆ์—๊ฒŒ ๋ถˆ๋ฆฐ ํŠน์ง•์ ์ธ ํ–‰๋™์„ ๋ณด์—ฌ์ค๋‹ˆ๋‹ค. ๋น›์˜ ๋น”์ด ์‚ฌ๊ณ  ๋น” รฏ1/4์˜ ํŒŒ์žฅ์— ํ•„์ ํ•˜๋Š” ํฌ๊ธฐ์˜ ์Šฌ๋ฆฟ์„ ํ†ต๊ณผํ•  ๋•Œ ๋น”์ด ์Šฌ๋ฆฟ ์ฃผ์œ„๋กœ ๊ตฌ๋ถ€๋Ÿฌ์ง‘๋‹ˆ๋‹ค(๋˜๋Š” diffracts). ๋ฐ˜๋Œ€๋กœ, ์ž…์ž์˜ ์ŠคํŠธ๋ฆผ์ด ์Šฌ๋ฆฟ์„ ํ†ต๊ณผํ•˜๋ฉด ํŒŒํ‹ฐํด์ด ์กฐ๋ฆฌ๊ฐœ๋ฅผ ํ†ตํ•ด ๋‚˜์˜ต๋‹ˆ๋‹ค.

๋˜ํ•œ, ๋น›์˜ ๊ด‘์„ ์ด ๋น›์˜ ํŒŒ์žฅ์— ํ•„์ ํ•˜๋Š” ๊ฑฐ๋ฆฌ๋กœ ๋ถ„๋ฆฌ๋œ ๋ฐ€์ ‘ํ•˜๊ฒŒ ๊ฐ„๊ฒฉ์ด ์žˆ๋Š” ์Šฌ๋ฆฟ ์Œ์„ ํ†ต๊ณผํ•˜๋ฉด, ํšŒ์ ˆ๊ณต์ •์— ์˜ํ•ด ๊ฐ ์Šฌ๋ฆฟ์—์„œ ์›ํ˜• ํŒŒ๋ฅผ ์ƒ์„ฑํ•œ๋‹ค. ์ด ๋‘ ํŒŒ๋„๋Š” ์„œ๋กœ ๊ฐ„์„ญํ•˜์—ฌ ๋Œ€์ฒด ์–ด๋‘ก๊ณ  ๋ฐ์€ ์„ ์ด ์žˆ๋Š” ๊ฐ„์„ญ ํŒจํ„ด์„ ์Šฌ๋ฆฟ ๋’ค์˜ ์งง์€ ๊ฑฐ๋ฆฌ์— ๋ฐฐ์น˜๋œ ์Šคํฌ๋ฆฐ์— ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋„๋ก ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

๋‘ ํŒŒ๋„๊ฐ€ ์ด ์ง€์ ์— ๋„๋‹ฌํ•˜๊ณ  ๊ฑด์„ค์ ์œผ๋กœ ๋ฐฉํ•ดํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด ๋™์ผํ•œ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ด๋™ํ•จ์— ๋”ฐ๋ผ ๋ฐ์€ ์„ ์ด ํ™”๋ฉด ์ค‘์•™์—์„œ ์ƒ์„ฑ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋‘ ํŒŒ๋„๊ฐ€ ์–ด๋Š ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ๋“  ์ค‘์‹ฌ์—์„œ ๋–จ์–ด์ง„ ์ž‘์€ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ด๋™ํ•  ๋•Œ ์•ฝ๊ฐ„ ๋‹ค๋ฅธ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ์ด๋™ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋“ค์€ ๋‹จ๊ณ„๊ฐ€ ์—†์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๋™ ๊ฑฐ๋ฆฌ์˜ ์ฐจ์ด๊ฐ€ ํŒŒ์žฅ์˜ ์ ˆ๋ฐ˜์— ๋„๋‹ฌํ•˜๋ฉด ํŒŒ๊ดด์ ์ธ ๊ฐ„์„ญ์„ ์ƒ์„ฑํ•˜์—ฌ ๋งŒ๋‚˜๊ฒŒ ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์–ด๋‘์šด ์˜์—ญ์€ ํ•œ ์Šฌ๋ฆฟ์—์„œ ํŒŒ๋„์˜ ํ”ผํฌ๊ฐ€ ๋‹ค๋ฅธ ์Šฌ๋ฆฟ (ํŒŒ๊ดด์ ์ธ ๊ฐ„์„ญ)์˜ ํŒŒ๋„์— ๋Œ€ํ•œ ์“ฐ๋ฃจ์™€ ์ผ์น˜ํ•˜๋Š” ๋ฐ ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ์ง€์—ญ์— ํ•ด๋‹นํ•˜๋ฉฐ, ๊ฐ€์žฅ ๋ฐ์€ ์˜์—ญ์€ ๋‘ ํŒŒ๋„ (๋˜๋Š” ๋‘ ๊ฐœ์˜ ์“ฐ๋ฃจ)์˜ ํ”ผํฌ๊ฐ€ ์ผ์น˜ํ•˜๋Š” ์˜์—ญ (๊ฑด์„ค์  ๊ฐ„์„ญ)์— ํ•ด๋‹นํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ํšŒ์ ˆ ํŒจํ„ด์€ ํŒŒ๋„์˜ ๋ณธ์งˆ์ ์ธ ์†์„ฑ์ด๋ฉฐ ๋น›์˜ ํŒŒ๋„ ํŠน์„ฑ์— ๋Œ€ํ•œ ๊ฐ•๋ ฅํ•œ ์ฆ๊ฑฐ๋ฅผ ์ œ๊ณตํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

์ด ํ…์ŠคํŠธ๋Š” Openstax, ํ™”ํ•™ 2e, ์„น์…˜ 6.1: ์ „์ž๊ธฐ ์—๋„ˆ์ง€์—์„œ ์ฑ„ํƒ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.