파동의 특성을 가진 빛

파동의 특성을 가진 빛

파동의 특성을 가진 빛

빛은 파동의 특성을 가지고 있다고 했습니다. 내용이 조금 어려워집니다. 그러나, 간단하게 이해해 보도록 노력하겠습니다. 파동 특성은 여러분들의 머릿속에, 연못 위에 생기는 잔잔한 물결 파동을 생각하시면 되겠습니다. 빛이 파동 특성을 나타내는 현상으로는 회절, 간섭현상과 같은 것들이 있습니다. 회절은 빛이 진행 도중에 작은 틈이 생기면, 그 틈으로부터 직진하지 않고 전 방향으로 퍼져나가는 현상입니다. 마치 파도가 막힌 벽을 만나게 되면, 그 벽에 작은 구명이 있는 경우에 그 구멍에서 다시 전 방향으로 전파가 되는 현상과 같습니다. 간섭은 두 개 이상의 파동이 한 점에서 만날 때, 진폭이 서로 보강되거나 상쇄되어 밝고 어두운 무늬가 반복되어 나타나는 현상입니다. 두 개의 파도가 만나면 파도의 크기가 더 커지거나 작아지는 현상과 같습니다. 이러한 회절 현상, 간섭현상, 그리고 우리가 잘 아는 굴절현상과 같은 빛의 특성은, 빛이 파동의 원리로 설명이 가능하기 때문에 빛은 파동성을 갖는다고 합니다.

파동의 특성, 입자의 특성을 모두 가진 빛

빛은 파동의 특성과 더불어 입자의 특성을 동시에 가지고 있다고 했습니다. 이를 빛의 이중성이라고 한다고 했습니다. 입자 특성은 돌멩이를 벽에 던질 때 생기는 장면을 상상하시면 됩니다. 빛이 입자 특성을 나타내는 현상 중 하나는, 광전효과입니다. 조금 어렵습니다. 광전효과는 금속 표면에 빛을 비추었을 때, 표면에서 전자가 튀어나와 전기가 흐르는 현상을 말합니다. 이러한 광전효과는 에너지를 가진 입자의 원리, 즉, 입자 상태인 빛이 금속판을 때리는 현상으로 설명이 가능하기 때문에 빛은 입자성을 갖는다고 이야기하는 것입니다. 자, 어쨌든 파동의 특성을 갖는 빛은 다양한 파장을 가지고 있습니다. 파장은 말 그대로 파동의 크기를 말합니다. 길게 늘어진 파도와 짧은 파도를 연상하시면 됩니다. 볼록렌즈로 햇빛을 모아 프리즘을 통과하는 실험을 해보시면, 투명한 빛이 빨주노초파남보 무지개 색으로 나누어진다는 것을 우리가 잘 압니다. 이와 같이 눈으로 보이는 빛들을 가시광선이라고 합니다. 가시광선에서 보라색 쪽 빛은 빨간색 쪽 빛 보다 파장이 짧습니다. 가시광선에서 보라색 빛 보다 더 짧은 파장을 갖는 빛을 우리가 자외선, X-선, 또는 감마선이라고 부릅니다. 가시광선의 빨간색보다 긴 파장을 갖는 빛을 적외선, 전파라고 부릅니다. 자 그런데, 빛은 파장이 짧을수록 에너지가 더 큽니다. 예를 들면, 자외선 빛은 가시광선 빛 보다 에너지가 더 큽니다. 햇빛이 강한 여름날에, 자외선 때문에 얼굴이 많이 타는 이유도 짧은 파장을 갖는 자외선의 에너지가 그만큼 크기 때문입니다. 가시광선 중에서도 보라색 빛이 빨간색 빛 보다 파장이 짧고, 따라서, 보라색 빛이 빨간색 빛 보다 에너지는 더 큽니다. 온도를 갖고 있는 모든 물질들은 모든 파장 영역에서 에너지를 냅니다. 그리고, 온도가 높을수록 짧은 파장의 에너지가 더 많이 나옵니다. 밤하늘을 관측해 보시면, 별들의 색깔이 서로 다르게 보입니다. 예를 들면, 겨울철 별자리 중의 하나인 오리온자리를 보시면, 베텔기우스라는 매우 붉은 별 그리고, 리겔이라는 매우 푸른 별이 대조적으로 관측이 됩니다. 이것은, 각 별들의 표면 온도가 서로 다르기 때문에 나타나는 현상입니다. 붉게 보이는 베텔기우스는 표면온도가 약 3000도입니다. 반면에 푸르게 보이는 리겔은 표면 온도가 약 2만 도에 이릅니다.

팽창하는 공간에서 빛은 길어진다

팽창하는 공간에서 빛은 파장이 길어진다는 사실입니다. 우주 공간이 팽창할수록 공간 안을 돌아다니는 빛은 파장이 길어져서, 빛 에너지가 감소하는 아주 특별한 현상을 나타냅니다. 천문학에서는 이와 같은 현상을, 우주 팽창에 의한 빛의 적색 이동 현상이라고 부릅니다. 자, 조금 어려웠지만, 우주의 가장 기본적이면서 특별한 정보인 빛의 특성을 조금이나마 이해해 보았습니다. 이제 우리는, 우주의 정보 빛, 바로 그 빛의 특성을 생각하면서 우주를 바라보도록 하겠습니다. 밤하늘 우주에는 수많은 별들이 있지만, 밤하늘은 언제나 어둡게 보입니다. 왜 밤하늘은 어두운가? 밤에는 태양, 즉 해가 없기 때문에 밤하늘이 어둡다고들 말합니다.