"빛은 입자다."

빛의 이중성

빛(영어: Light)이란 좁은 의미에서 가시광선, 즉 일반적으로 사람이 볼 수 있는, 약 400nm에서 700nm 사이의 파장을 가진 전자기파를 뜻한다. 넓은 의미에서는 모든 종류의 전자기파를 지칭한다. 또한 빛은 물리학에서 주로 넓은 뜻으로 쓰인다. 출처: 위키백과

17세기부터 시작된 빛은 양자일까? 파장일까에 대한 논쟁은 오랜 시간 동안 계속되었습니다.

오늘은 빛의 입자를 주장한 과학자들과, 그에 대한 의견에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

아이작 뉴턴

Isaac Newton, 1642~1727

첫 번째로, 만유인력의 법칙으로 우리에게 더 친숙한 과학자 뉴턴입니다.

그는 논문 "Optics"에서 빛은 직선으로 이동하는 입자라고 설명하며 빛을 입자로 정의했습니다.

 그는 프리즘을 통해 빛의 분산(스펙트럼)을 연구했습니다. 그는 각 다른 색마다 다른 굴절률을 가진다는 것을 도출하게 되었고, 태양의 빛은 백 생광으로 각 굴절률들이 다른 색들의 복합적으로 합쳐져 이루어졌다고 결론지었습니다. 하지만 그의 이론을 반박할 이론들이 있었지만, 그 시대 명성은 실로 대단했다고 합니다. 그렇기 때문에 그가 발견한 법칙에 대해서 함부로 반박할 수 있는 과학자가 없었다고 합니다.

막스 플랑크

Max Planck, 1858~1947

어쩌면 이공계를 공부하고 계신 분들이라면 플랑크 상수로 유명한 분이죠. 독일의 물리학자 막스 프랑크는 빛에 대해서 연속적인 것이 아닌 개별적인 것이라고 제안했습니다. 이 정의는 이후 다룰 아인슈타인의 광전효과의 모티브가 되었습니다.

플랑크 상수(h)는 단위 진동 수당 에너지로 에너지 양자화 개념을 설명기 위한 단위입니다. 이때, 진동수가 v인 빛의 에너지 교환은 hv의 정수배로만 이루어진다는 개념입니다. 이게 성립하게 된다면 빛 또한 에너지 양자의 개념으로 개별적인 상태를 유지할 수 있죠.

알버트 아인슈타인

Max Albert Einstein, 1879~1955

1905년 아인슈타인은 광(빛)의 입자를 증명하기 위한 광양자설을 발표했습니다.

광전효과는 금속에 일정한 에너지를 쏘았을 때, 금속에 있는 자유전자가 방출하는 것입니다. 이때, 그 에너지는 바로 빛입니다. 아인슈타인은 빛을 앞서 언급한 플랑크의 이론대로 단위 진동 수당 에너지로 가정하여 빛을 광양자(photon)으로 봤습니다. 위 실험에서 방출되는 자유전자는 에너지(빛)의 진동수에 비례하였고, 광양자가 가진 에너지가 금속의 전자를 방출하는 에너지보다 크다면 광전자가 방출되는 것을 확인했습니다.

빛을 입자라고 주장한 과학자들에 대해서 알아봤습니다.

다음은 빛을 파장이라고 주장한 과학자들에 대해 알아보도록 하겠습니다.