빛이란 좁은 의미에서 가시광선(可視光線, visible light), 즉 일반적으로 사람이 볼 수 있는, 약 400 nm에서 700 nm 사이의 파장[1]을 가진 전자기파를 뜻한다. 넓은 의미에서는 모든 종류의 전자기파를 지칭한다. 물리학에서는 주로 넓은 의미로 쓰인다.[2]
물리학에서 보는 빛[편집 | 원본 편집]
고전 물리학에서 보는 빛은 전자기파이며, 매질 없이 전파한다. 전기 또는 자기를 띠는 물질이 가속 운동하면 전자기파가 전파한다. 그러나 빛은 회절과 간섭의 파동성을 띤다. 양자 물리학에서 보는 빛은 파동뿐 아니라 입자로서 이중성을 갖는다. 아인슈타인의 광양자 가설에 따라 빛은 일정한 에너지를 갖도록 양자로 되어(개수를 셀 수 있는 단위로 되어) 있다.
빛은 인간의 눈에 보이는 보통 전자기 방사선을 알아내기 위한 복사 에너지이고, 시각을 담당한다. 가시광선은 일반적으로 380nm ~ 780nm 구간의 전자기파 또는 400×10^-9m 범위의 파장을 갖는 것으로 정의된다. 이 숫자는 인간의 시각의 절대 한계를 나타내지 않지만, 대략적인 범위에서 대부분 사람들이 대부분의 상황 안에서 잘 볼 수 있다.
빛의 속력[편집 | 원본 편집]
진공에서 빛의 속력은 정확하게 299792458 m/s (초당 약 186,282마일)으로 정의된다. 예전에는 1m의 길이가 정해져 있고 그 기준에 맞춰 빛의 속도를 기술했지만, SI 기준이 개정된 지금은 반대로 빛이 1/299,792,458초간 진행한 거리를 1m로 정의한다. 모든 형태의 진공에서 전자기 방사는 정확히 같은 속력으로 이동하기 때문이다.
통상의 물질을 포함하는 각종 투명 물질에서 빛의 유효 속력은 진공에서보다 작다. 예를 들어 물에서 빛의 속력은 진공의 약 3/4 이다. 극단적인 예를 들어서 자연에서 빛 둔화의 문제는 물리학의 두 개의 독립적 인 팀인 하버드 대학과 캠브리지의 과학 연구소, 하버드의 천체 물리학을 위한 스미스소니언과 캠브리지에서 원소 루비듐의 보즈 - 아인슈타인 응축을 통과하여 "완전한 정지"를 가져올 수 있었다
속력 측정의 역사[편집 | 원본 편집]
17세기에 갈릴레오 갈릴레이는 약 1 km 떨어진 곳에서 서로 등불을 가지고, 상대방의 등불이 보이면 바로 등불을 열게 하는 방법으로, 그 시간차를 통해 광속을 측정하려고 했다. 그러나 이 실험에서는 빛이 왕복하는 데 걸린 시간이 10만분의 1초 정도로 매우 짧아 속력을 제대로 측정할 수 없었다.
이후에 덴마크의 천문학자인 올러 뢰머는 1676년, 목성의 위성인 이오의 관찰을 통해서 빛의 속력을 측정하였다. 뢰머는 목성이 지구에 가장 근접했을 때 예측한 것보다 11분 일찍 이오의 월식이 일어난다는 것을 알았고, 가장 멀리있을 때는 예측보다 11분 늦게 일어난다는 사실을 발견했다. 뢰머는 그 22분이 빛이 지구의 공전궤도의 지름을 지나는 시간이라고 계산하여 빛이 2.12×10^8 m/s라고 추정했다.
프랑스의 물리학자 이폴리트 피조는 1849년 더 정확하게 빛의 속력을 측정하였다. 피조는 빛이 톱니바퀴를 통과한 후 8.9 km 떨어진 곳의 거울에 의해 반사가 되어 다시 톱니바퀴로 돌아오는데, 그 각속도를 이용해 빛의 속력을 측정하였다. 피조는 빛의 속력을 3.13×10^8 m/s라고 측정하였다. 1862년 레옹 푸코는 회전하는 거울을 통해 실험을 하여 2.98×10^8 m/s라는 결과를 얻었고, 앨버트 에이브러햄 마이컬슨은 1877년부터 그가 죽은 해인 1931년까지 빛의 속력 측정실험을 했다. 마이컬슨은 푸조의 방법을 개량해 1926년에 2.99796×10^8 m/s라는 결과를 얻었다.
전자기 스펙트럼과 가시 광선[편집 | 원본 편집]
일반적으로 전자파, 또는 EMR은 라디오, 전자파, 빛, 자외선, X 선 및 감마선, 적외선, 가시 광선 영역으로 파장에 의해 분류된다.
EMR의 동작은, 그 파장에 따라 달라진다. 높은 주파수는 보다 짧은 파장을 가지며, 더 낮은 주파수는 더 긴 파장을 갖는다. EMR 단일 원자와 분자와 상호 작용하면, 그 동작은 운반 양자 당 에너지의 양에 의존한다.
가시광 영역의 EMR은 분자의 결합 또는 화학적 변화로 이어질 분자 내의 전자의 여기를 야기 할 수 있는 에너지의 하단부에 아르 퀀텀 (불리는 광자)로 구성된다. 가시 광선 스펙트럼의 하단에서, EMR 사람 (적외선)의 광자가 더 이상 인간의 망막에 시각적 분자 망막에서 지속 분자 변화 (형태의 변화)를 야기하기에 충분한 각각의 에너지가 없기 때문에 보이지 않는 변화는 비전의 감각을 트리거한다.
가시 광선 스펙트럼의 하단에서 EMR은 사람(적외선)의 광자는 더 이상 인간의 망막 시각 분자 망막의 지속 분자 변화 (컨 포메이션의 변화)를 일으킬 정도로 개별 에너지를 가지고 있지 않은 위해서 보이지 않는 수정 사항은 비전의 감각을 트리거한다.
양자에 의해 흡수 뿐 아니라 적외선의 다양한 유형의 민감한 동물들은 존재한다. 뱀의 적외선 감지 세포의 물은 작은 패킷이 적외선에 의해 온도가 상승하는 자연 열 화상의 종류에 따라 달라진다. 이 범위의 EMR이 동물이 분자 진동 및 난방 효과를 발생해 감지하는 방법이다.
가시광선의 범위보다도 짧은 자외선은 360 nm~400 nm 이하 각막 내부렌즈에 의해 흡수되기 때문에 사람에게는 보이지 않는다. 거기에다가 사람 눈의 망막에 있는 간상체와 추상체는 매우 짧은 검출을 하고 자외선에 의해 손상을 입는다.
빛의 성질[편집 | 원본 편집]
파장의 영역에 따라 색상이 다르다. 흔히 빨주노초파남보로 대표되는 무지개에서 나타나는 색이 가시광선이다.적색이 가장 길고, 보라색의 파장이 가장 짧으며, 적색광보다 파장이 길면 적외선, 자색광보다 파장이 짧으면 자외선으로 칭한다. 당연하지만 해당 영역을 벗어난 빛은 눈으로 볼 수 없다.
직진성/반사[편집 | 원본 편집]
굴절[편집 | 원본 편집]
빛의 조사와 빛의 상호작용과 물질은 광학 불린다. 관찰 및 무지개와 오로라 광학 현상의 연구는 빛의 성질에 많은 단서를 제공한다.
굴절은 하나의 투명 재료와 다른 사이의 표면을 통과하는 광선의 굴곡이다. 이 스넬의 법칙에 의해 설명되어 있다 :
n(1)sinθ(1)=n(2)sinθ(2)
진공에서 빛의 속력 c와 물질 속에서 빛의 속력 v의 비, 즉 n=c/v를 굴절률이라 한다. 빛은 진공에서 보다 물질 속에서 더 느리게 진행하므로 물질 속에서 굴절률은 항상 1보다 크고, 진공에서 굴절률은 정확히 1이다. 굴절 렌즈는 빛을 조절하여, 상의 크기를 변화시키는 데 쓰인다. 돋보기, 안경, 콘택트렌즈, 현미경, 굴절 망원경 등이 굴절 렌즈를 사용한 예이다.
광선이 진공과 다른 물질 사이를 통과할 때, 또는 서로 다른 두 물질 사이를 통과할 때 빛의 파장은 변화하고 진동수는 변하지 않는다. 광선이 경계면과 수직이 아니라면 파장의 변화는 광선의 진행방향을 변화시킨다. 이런 변화를 굴절이라고 한다.
회절/간섭[편집 | 원본 편집]
광전 효과를 비롯한 입자성을 드러내는 특성들[편집 | 원본 편집]
빛의 압력[편집 | 원본 편집]
빛은 해당 경로에 있는 개체에 물리적 압력을 가한다. 맥스웰 방정식에 의해 추론될 수 있는 현상이지만 빛의 입자 특성에 의해 설명 되는 것은 쉽지 않다. 가벼운 압력은 빛의 속도에 의해 분할 된 빛의 힘과 동일하다. 때문에 빛의 크기, 빛의 압력의 효과는 모든 물체를 무시한다. 예를 들어 하나의 밀리 와트의 레이저 포인터는 한 물체에 대해 약 3.3피코뉴턴의 힘을 가한다. 따라서, 하나의 레이저 포인터로 미국의 페니를 들어올릴 수 있지만 약 30억-mW 레이저 포인트를 필요로 한다. 그러나 NEMS 같은 나노미터 스케일의 애플리케이션에서 가벼운 압력의 효과가 더 중요하고 NEMS 매커니즘을 구동하는 것과 나노미터 크기의 물리적 스위치를 누른 빛의 압력인 집적 회로는 활발한 연구 분야이다.
큰 규모에서, 빛의 압력은 소행성이 더 빨리 회전할 수 있게 한다. 솔라 세일의 가능성은 우주에서 가속화되었다. 우주 안에서 조사 중이다.
비록 Crookes 복사계의 움직임이 빛의 압력에 의한 결과 일지라도 이 해석은 부정확하다. Crookes의 회전의 특성은 진공의 결과이다. 이것이 Nichols의 복사계와 혼동되지 않는다면 토크의 의해 야기되는 행동은 빛의 압력에 의해서 직결된다.
빛에 대한 이론[편집 | 원본 편집]
이와 관련한 내용은 빛/가설에서 볼 수 있습니다.관련 문서[편집 | 원본 편집]
각주
전자기파 |
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