빛에 관한 흥미로운 사실 / 빛은 왜

빛이란 무엇인가

∨ 과학의 시선으로 본 빛의 본질

∨ 양자역학으로 밝혀낸 빛의 원리에 관하여

 

 

 

거울 속의 나는 내가 아니라 나의 빛이다

 

빛이 있어 우리는 볼 수 있다. 우리는 뭔가를 들여다 볼 때, 우리가 존재한다는 걸 느낄 수 있다. 우리가 어떤 것을 본다는 것은, 그 물체에서 반사된 빛을 본다는 것과 같은 의미이다. 우리가 뭔가를 본다는 것의 본질은 빛과의 상호작용의 결과물인 것이다. 인간이 자연과 우주를 관찰하고 어떤 정보를 얻을 때 유일한 정보가 빛이다.

 

 

 

빛은 가장 작은 단위의 에너지이다. 더 작게 쪼갤 수 없고, 나타나거나 사라질 뿐이다.

 

모든 빛은 원자에서 나온다. 빛은 보통 원자나 분자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동할 때 만들어진다.

 

 

 

빛은 질량이 없다.

 

질량이 없으면 없는 게 아닐까? 어떻게 존재한다는 걸 알 수 있을까? 존재한다는 것은 뭔가 영향을 미친다는 말. 과학적으로 말해 에너지가 있다는 말. 파동은 에너지로 존재한다. 다시 말해, 파동은 질량이 없지만 존재한다.

 

소리는 파동이다. 빛은 파동이다. 소리는 공기가 떠는 것, 파도는 물이 진동하는 것, 지진은 땅이 흔들리는 것.

 

 

 

빛은 빛 자체가 진동이다.

 

전기장과 자기장이 진동하면서 앞으로 나아간다. 그래서 빛을 전자기파라 부르기도 한다. 전기를 띤 입자가 가속도 운동을 하면 빛이 생긴다. 전자가 진동하면 전자기파가 발생하고, 그 전자는 다른 쪽의 전자를 움직인다. 공기의 진동이 인간의 고막을 진동시키듯, 전자기파가 우리 망막의 전자를 진동시킨다. 그것을 우리는 빛이라고 자각한다.

 

 

 

전자는 빛을 춤추게 하고 빛은 다시 전자를 춤추게 한다.

 

빛은 전자라는 아주 작은 세계가 우리에게 보내는 신호다. 우리가 경험하는 거의 모든 현상은 바로 그 미시세계에서 빛과 전자가 추는 춤이다. 빛은 미시세계와 거시세계를 이어주는 정보의 메신저이다.

 

 

 

빛은 입자이면서 동시에 파동이다.

 

입자와 파동이라는 빛의 이중성은 양자역학을 통해 모순없이 이해할 수 있게 되었으며, 현대 물리학에서는 빛의 성질을 입자성과 파동성을 동시에 지녔다고 정의한다. 입자성이란 하나의 물질로서 다른 물질에 충돌하면 운동에너지를 낸다는 것이고, 파동성이란 빛의 에너지가 마치 물결처럼 일정한 굴곡을 형성하고 있어 여러가지 색깔을 나타낸다는 것이다. 입자의 경우, 입자의 개수가 빛의 밝기 또는 세기를 결정한다. 광자 에너지는 빛의 색을 결정한다. 파동의 경우, 진폭이 빛의 밝기 또는 세기를 결정한다. 파동의 진동수는 빛의 색을 결정한다. 파동은 에너지로 존재한다. 빛은 에너지를 실어 나르는 파동이다.

 

 

 

빛이란 눈을 자극해 시각을 일으키는 물리적인 원인인 동시에 전자기적 진동인 전자기파의 일종이다.

 

빨간색 가시광선보다 파장이 긴 적외선, 보라색 가시광선보다 파장이 짧은 자외선, 자외선보다 파장이 더욱 짧은 X선 등의 전자기파를 모두 포함하는 개념이다. 7종 이상의 전자기파를 우리는 빛이라 부른다. 라디오 파와 가시광선은 지구 대기를 통과할 수 있다.

 

 

가시광선은 여러 종류의 빛 중에서 유일하게 물 속에서도 전파되는 빛이다. 가시광선이 없었다면, 물 속 생명체는 없었을 것이다.

 

적외선은 물 속에서 금방 흡수되어 열로 변환되기 때문에 깊게 투과하지 못한다. 자외선은 물 속에서 빨리 흡수되어 깊은 곳까지 도달하지 못한다. 가시광선 중에서 파란색 빛에 가까울수록 물 속에서 가장 멀리까지 도달할 수 있고, 빨간색 빛에 가까울수록 상대적으로 빨리 흡수된다. 깊은 바다에서 파란색이 더 잘보이게 되는 이유이다.

 

 

 

빛이 1년 동안 쉬지 않고 이동한다면, 약 9조 4540억 km 거리를 이동할 수 있다.

 

이 거리를 우리는 1광년 light year 라고 한다. 1광년, 1 light year 란 진공 상태에서 1년 동안 빛이 이동한 거리를 말한다.

 

 

 

빛의 속도로, 1초에 지구 몇 바퀴?

 

빛은 1초에 지구를 7바퀴 반 돌 수 있다. 지구 한바퀴를 도는데는 단 0.1333초면 가능하다. 지구에서 달까지 빛의 속도로 단 1.3초만에 도착할 수 있다. 지구에서 태양까지 1억 5천만 km 를 빛의 속도로 8분 20초만에 도착할 수 있다. 빛의 속력 speed of light 즉, 광속은  얼마나 빠른 것일까?   빛은 초당 299,792,458m/s (2억 9천9백7십9만2천4백5십8 미터) 를 날아갈 수 있다. 대략, 1초에 30만km 를 이동한다는 의미이다.

 

 

 

우리가 보는 태양 빛은 언제나 8분 20초 전의 과거의 모습이다.

 

우리가 보는 달은 1.28초 전의 과거의 달 모습이다. 지금 우리가 보는 이 글도 0.0000000001초 전의 과거를 보고 있다. 1광년 전의 물체가 있다면, 항상 1년 전의 과거를 보게 되는 셈이다.

 

 

 

빨강, 초록, 파랑만 있다면 세상 모든 색을 만들 수 있다.

 

빨간색, 녹색, 파란색은 빛의 삼원색이다. 이 3가지 빛색을 통해 우리가 경험하는 모든 종류의 색상이 만들어진다. 색상은 빛의 파장이지만 인식적으로는 시각세포인 간상세포와 원추세포를 통해 이미지화 된 결과물이기도 하다. 간상세포는 명암을 구분하고 원초세포는 특정 파장의 빛을 흡수 즉, 색상을 인식한다.

 

 

 

빨강은 오직 인간만이 볼 수 있는 색이다.

 

원추세포는 빨강, 녹색, 파랑 3가지 색을 인식하는데 빨강을 담당하는 원추세포는 오직 인간의 눈에만 있기 때문이다. 개의 눈으로는 빨강과 노랑을 구분하지 못한다. 개는 빨강도 노랑으로 보인다.