3-1-1. 빛의 진행
[ 빛의 직진 / 빛의 속도 측정 / 갈릴레이 / 뢰머 / 피조 / 푸코 / 마이컬슨 ]
[ 빛의 직진 ]
빛은 곧게 나가는 것을 누구나 다 압니다. 똑같은 물질내에서는 똑바로 가다가
다른 물질로 들어가는 순간 꺽입니다. 꺽인 후에 또 직진합니다.
[ 빛의 속도 측정 ]
갈릴레이가 빛의 속도를 재려다가 실패했죠. 빛은 너무 빠르므로 당시의 기술로는
측정할 수가 없었어요. 그 당시 측정법은 무모했지만 그 정신은 높이 살 만합니다.
이 산에서 등불의 뚜껑을 열고 그 순간부터 시간을 재기 시작합니다. 저쪽편 산에
있던 사람들이 이 산 등불의 불빛을 보고 그들 손에 있는 등불의 뚜껑을 또 엽니다.
그러면 이 산의 사람들이 저쪽편 산의 등불의 반짝임을 보는 그 순간까지만 시간을
잽니다. 그리곤 두 산사이 거리 왕복에 시간을 나누면 빛의 속도가 계산됩니다.
원리는 그럴싸 했지만 실패했습니다. 빛은 너무나 빨라서 1초도 채 안되어
저 산까지가므로 등불의 뚜껑을 열고 닫는데 시간이 더 걸립니다. 결국,
빛의 속도는 측정할 수가 없었습니다.
그러나 만물의 영장인 인간이 여기서 그만 둘 수는 없습니다.
1676년 뢰머(Romer)가 목성의 월식을 이용하여 인류 최초로 빛의 속도를 쟀습니다.
지구가 목성에 가장 가까울 때와 가장 멀 때 목성의 월식이 22분 차이가 난다는
사실을 발견했습니다. 지구 공전궤도 지름만큼 빛이 더 달려오느라고 22분이나 늦게
일식이 일어난 것이죠. 따라서 광속은 지구 공전궤도의 지름을 22분으로 나누면
됩니다. 그렇게 구한 속도가 시속 약 21만 4천 km였습니다.
그 후 피조(1849)는 회전하는 톱니바퀴를 이용하여 시속 약 31만 5천 km쯤 된다는
것을 구해냈습니다. 또한 1850년 푸코는 회전하는 거울을 이용하였고, 1927년
마이컬슨은 푸코의 장치를 개량하여 광속을 시속 약 30만 km 임을 알아냈습니다.
그러면 빛의 속도를 측정하는 원리를 알아봅시다.
회전원판의 구멍을 통과해 나간 빛이 S km 떨어진 거울에 반사하여 다시 돌아 옵니다.
그 때 구멍을 통과해야만 관찰자의 눈에 빛이 보입니다. 구멍을 통과해 반사해오는
빛이 왕복 2S km를 달려오는 동안 그 구멍은 한 바퀴돌아 원래 위치에 온 것입니다.
그래야 반사해온 빛이 구멍을 통과해 관찰자 눈에 보이는 것입니다.
1초에 n 바퀴도는 원판은 1회전하는데 1/n 초 걸립니다.
그사이 2S km를 달렸으니 2S ÷ (1/n) = 2nS 가 바로 광속이 됩니다.
속력은 거리 나누기 시간이잖아요.
머리가 쬐끔 아프죠. 광속이 그렇게 호락호락하게 정체를 드러 낼 수는 없는
것이지요. 이런거 실험하는 사람들은 정말 대단합니다. 정열과 끈기가 없으면
안됩니다. 대다수의 과학자들은 타고난 천재라기보다도 끈기와 열의로 무장된
노력가들이라고 보아야합니다. 누구나 지독하게 물고 늘어지면 한 분야에
대가가 될 수잇습니다. 게을러서 안할 뿐이지 못하는 사람은 없습니다.