전자기파는 어떻게 만들어질까?

  우리 주위에는 전자기파를 이용하는 것들이 너무나 많다. AM, FM 라디오, 무전기, 텔레비전, 핸드폰 등, 이제 일상생활에서 전자기파를 사용하지 않고는 생활하는 것이 불편할 정도이다. 

  이러한 전자기파는 어떻게 만들어지는 것일까? 전자기파의 원리는 바로 전기장과 자기장의 상호작용이다. 전기장은 전하가 존재함으로써 생기고, 자기장은 자석이 있으면 만들어진다. 그런데 자기장의 또 다른 근원은 전하의 운동에 의해서도 가능해진다. 

  전기장과 자기장은 공간의 변화를 뜻한다. 전하가 존재함으로, 전하가 운동함으로, 그리고 자석의 존재에 의해 그 주위의 공간에 변화가 생기는 것이다. 이렇듯 자연에서 무엇이 존재함으로써 어떠한 변화가 생기기 마련이다. 

  블랙홀 근처는 그 엄청난 질량으로 인해 공간이 변하게 된다. 어떠한 물체의 질량 자체로 생기는 공간의 변화를 중력장이라고 한다. 

  제임스 맥스웰은 전기 현상과 자기 현상이 각각 독립된 것이 아니라 하나의 전자기 현상의 두 가지 측면이라고 생각했다. 그는 이를 토대로 맥스웰 방정식을 완성했는데 그것은 바로 시간에 따라 변화하는 자기장은 전기장을 만들고 시간에 따라 변화하는 전기장은 자기장을 만든다는 것이다. 물론 시간에 따라 변하는 자기장이 전기장을 만든다는 것을 처음 발견한 것은 패러데이였는데 맥스웰은 대칭성으로 인해 시간에 따라 변하는 전기장도 자기장을 만들 것이라고 생각했다.   

  맥스웰은 이를 바탕으로 전기장과 자기장이 상호 작용함으로써 새로운 형태의 파동인 전자기파가 만들어지는 것이라고 주장했고 얼마 후 독일의 헤르츠가 실험적으로 이 사실을 증명하였다. 우리가 주파수의 단위를 헤르츠로 쓰는 이유는 그를 기념하기 위함이다.

  만약 전하가 진동운동을 하고 있다면 그 전하가 만드는 전기장은 시간에 따라 변하게 되고, 이에 따라 자기장이 생기게 된다. 그러나 그 자기장을 만든 전기장이 시간에 따라 변하므로, 자기장도 시간에 따라 변할 수밖에 없다. 이로 인해 또 다른 전기장이 만들어지게 된다. 이렇듯 전기장과 자기장이 서로 변하면서 상호작용을 하게 되고 이 상호작용이 전자기파를 형성하면서 공간으로 진행하게 되는 것이다. 

 놀라운 사실은 이 전자기파의 진행 속도는 상상을 초월할 정도로 빨라 맥스웰의 계산 결과에 의하면 빛의 속도와 같음을 알 수 있었다. 그 결과 빛도 전자기파라는 사실을 알게 되었다. 

  우리가 흔히 듣는 라디오 방송국의 송신 안테나 내부에서는 수많은 전자가 진동하면서 이와 같은 방법으로 공간을 통해 전자기파를 내보내는 것이고 우리는 그 전자기파를 집에서 라디오를 통해 들을 수 있는 것이다. 

  전자기파는 파장에 따라 여러 가지로 분류할 수 있는데 파장이 짧은 순서대로 나열해 보면, 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파 등이 된다. 라디오파는 우리가 통신이나 방송에 쓰이는 전자기파에 해당하며 편의상 전파라고 부르기도 한다. 마이크로파는 집에서 사용하는 전자레인지 등에 응용될 수 있다. 감마선 같은 경우는 핵분열이 있을 때 나오는 전자기파로 인체에 치명적인 해를 입힌다. 이러한 전자기파 중에서 인간이 눈으로 볼 수 있는 것은 가시광선뿐이다. 

  정보 통신 기술이 발전하면서 전자기파의 응용은 그 가능성이 어디까지 될지 상상하기 어렵다. 미래의 세계에서는 아마 전자기파 없이는 우리가 생활하기도 힘들게 될지 모른다.