빛이란 무엇일까요?

빛이 무엇일까요?

나무 가지에 달린 나뭇잎을 보면서 공원에 있다고 상상해 봅시다. 

우리는 빛이 눈을 향해 녹색으로 튀어 나와 그것이 녹색이라고 부른다는 것을 알고 있습니다. 

빛에 대한 물음과 연구

영국 과학자 인 아이작 뉴턴 (Isaac Newton)은 뜨거운 물체 (예 : 태양이나 불)에 의해 방출되는 작은 입자 (그의 입자라고도 불림)로 생각했으며, 네덜란드의 물리학자인 Christiaan Huygens는 빛은 앞으로 나아가면서 위아래로 진동하는 파도의 일종이라고 하였습니다.

아직도, 어느 누구도 실제로 빛이 무엇인지에 대한 개념을 명확하게 하지 못하고 잇습니다.  광자가 입자인지 물결인지에 대한 질문은 완전히 해결 된 적이 없습니다.

덴마크 과학자 Hans Christian Ørsted가 전기 강의를 하던 1820년 코펜하겐에서 빛의 구성을 이해하기 위한 첫 걸음을 따라가 봅시다. 

나침반이 사용하고 있던 배터리 근처에 있었는데 배터리를 켜거나 끌 때 나침반 바늘이 갑자기 움직이는 것을 발견했습니다. 이것은 전기와 자력이 관련되어 있음을 의미합니다. 또는 나중에 공식적으로 설명 되었듯이 변화하는 전기장이 자기장을 생성합니다.

그리고 11 년 후, 영국의 과학자 마이클 패러데이 (Michael Faraday)는 반대의 사실을 발견했습니다. 변화하는 자기장은 전기장을 만들어낸 것을 알았습니다.

스코틀랜드의 물리학자인 James Clerk Maxwell은 전기장과 자기장에 대한 아이디어를 연구하여 (하나의 몇 가지 다른 것들도 함께) "전자기학"이라는 하나의 일관된 이론으로 제시하였습니다. 

그러나 Maxwell의 가장 유명한 통찰력은 Ørsted와 Faraday의 작업을 결합하여 빛의 본질을 설명하였다는 것입니다.

빛이 무엇입니까?

이 물음에 대한 답은 '전기장과 자기장이 하나로 묶여 공간을 이동하는 것'으로 설명할 수 있습니다.

그는 변화하는 전기장이 변화하는 자기장을 만들어 낼 수 있다는 사실을 알게되어 다른 전기장을 만들어 냈습니다. 

그 결과 독립적인 전자기장이 되고 끝없이 반복 되며 엄청나게 빨리 이동한다는 것을 알았습니다.  

전자기파는 얼마나 빠를까요? 

맥스웰은 초당 약 300,000,000미터라고 계산하였습니다. 이는 빛의 속도를 측정 한 것과 거의 같습니다.

                진공 유전율 ε_ο  진공 투자율 μ₀

각각의 파장으로 구별되는 전자기파의 전체 스펙트럼이 있다는 것을 알고 있습니다. 

가장 짧은 끝 단에 수소 원자보다 훨씬 작은 파장을 가진 고 에너지 감마선이 있고, 가장 긴 끝에서 저에너지 전파는 목성의 넓을 만큼이나 큰 파장일 수 있습니다. 

우리가 볼 수 있는 가시 광선은 전자기 스펙트럼 중 매우 좁은 영역이며, 약 400 ~ 700 억 분의 1미터(나노 미터)의 파장입니다.

이 폭은 대장균의 폭 또는 사람 머리카락 폭의 약 1%에 해당하는 파장입니다.

왜 우리는 이렇게 좁은 영역 파장의 빛만 불 수 있는지 궁금하지 않습니까?

이에 대한 두 가지 주된 이유가 있습니다.

첫째, "눈"은 빛에 의해 유발되는 일종의 화학 반응을 수반합니다. 세포의 탄소 기반 화학물 (가시 범위 주변의 빛에 의해)로 부터 시작됩니다. 짧은 파장의 빛은 너무 많은 에너지를 전달하고 섬세한 화학적 성질을 손상시킬 수 있습니다. 

둘째, 400 ~ 700 나노 미터 범위는 물속에서 흡수 되지 않고 아주 먼 거리를 이동 할 수 있습니다. 컵 속에 있는 물이 투명해 보이는 이유는 거의 모든 가시 광선이 통과하기 때문입니다. 

최초 생명체의 눈은 바다 속에서 진화 했으므로 바다 속까지 전해온 빛의 범위를 인지할 수 있는 것은 다른 파장에 비해 진화적인 가장 큰 이점이 된 것입니다. 

이제 다시 공원에서 나뭇잎을  눈에 들어오는 빛은 전기의 물결과 특정 파장의 자력임을 알게 되었습니다. 

이 빛이 망막을 때리고 원뿔 세포의 화학적 변화의 특정 패턴을 만들어 뇌로 전달하면 "녹색"으로 인식하는 것이지요. 

다음 번에 멋진 눈을 가진 사람을 보게되면 

"아름다운 전자기파 탐지기를 소유 하셨네요"하고 칭찬 할 수 있을 것입니다.