빛의 연구 역사에 대한 포스팅을 하겠습니다.
인류의 빛 연구과정을 간략히 아는 자리게 되겠습니다.
참고한 다큐는 코스모스 5편입니다.
기원전 5세기경 묵자라는 철학자가 있었는데요
빛이 그림을 그리는 닫힌 보물 방에 대해서 알아냈다고
합니다. 지금의 카메라를 묘사한 말이죠.
위와 같이 어떤 사람이 동작하는 것을 뒤쪽의
텐트 같은 집에 꽃모양의 구멍으로 빛이 들어가
내부에서 영상이 나오는 것입니다.
저 텐트 안에선 아래와 같은 영상이 나오는 겁니다.
저런 텐트 같은 암상자를 만든 분이 묵자십니다.
그러나 그 후 진시황이 중국을 통일 하고
법치 통치를 하며 여러 사상가나 책들을 다 죽이고
불태우고 했는데요 그런 와중에 묵자의 저런 원리
내용들도 묻혔습니다.
분서갱유(진시황이 정치적으로 비판을 막기 위하여
거의 모든 서적을 불태우고 유학자들을 생매장한 사건)
사건이라고 하죠.
그 후 이라크 바스라라는 도시에 ‘이븐 알-하이삼’ 이란
분이 계셨는데요 한낮에 천막을 세우고 거기에 조그만
구멍 한 개만 뚫어 빛이 들어오게 했습니다.
위와 같이 되는데요 저렇게 조그만 구멍으로 빛이
들어오는 것을 보고 빛은 직선으로 움직인다는 것을
알아냈습니다. 그리고 저 구멍이 작을수록
빛이 들어오는 양은 적어지고 상은 더 선명해지는 것
도 알아냈습니다.
그 후 뉴턴이 20살에 무지개의 비밀을 알아냅니다.
빛은 스펙트럼으로 보듯 여러 가지 색인데 그것들
이 합해져서 보이는 것을 알아냈습니다.
스펙트럼을 스펙트럼이라는 이름으로 붙인 게
뉴턴입니다.
그 후 윌리엄 허셜이라는 분이 스펙트럼의
색별 온도를 측정하게 됩니다.
그래서 빛의 색깔에 따른 온도 차이가 있다는
것을 알아내죠.
실험할 때 통제표본으로(실험을 진행할 때 표준
으로 삼기 위한 표본) 실험외의 온도 기본 값을 체크하기
위해 스펙트럼 아닌 곳에 온도계를 그냥 놨는데요.
그 온도계의 온도가 굉장히 높은 것을 발견했습니다.
적외선이죠. 가시광선이외에 눈에 보이지 않는
빛도 있다는 것을 발견했습니다.
비슷한 시기에 요제프 폰 프라운 호퍼라는 분이 계셨는데요.
11살에 고아가된 그는 몰인정한 왕실 거울제작업자
공장에서 착취를 당하며 일을 하고 있었습니다.
그러다 그 공장주인의 집이 무너지고 당시는 드물게
백성들을 걱정하는 왕자인 막시밀리안이 그것을 알고
도와주러 갔다가 요제프 프라운 호퍼를 만나게 되는데요.
왕자의 도움으로 요제프 폰 프라운 호퍼는 광학연구소
로 취업하게 됩니다.
그 후 27살 무렵에 요제프 폰 프라운 호퍼는 세계를
선도하는 뛰어난 광학 기기 설계자가 됩니다.
그 당시에 광학기술은 국가기밀이었습니다.
기술들이 100년 동안 비밀로 부쳐졌습니다.
프리즘의 원리를 설명하겠습니다.
빛은 공기 중에선 같은 속도로 이동합니다. 그래서 똑같이
보이죠.
그러나 프리즘은 비스듬한 면으로 되어있기 때문에
빛이 똑같이 비스듬하게 방향을 바꾸며 각각의
빛들이 다른 속도로 이동하게 됩니다. 가시광선중
파장이 가장 짧은 보라색은 가시광선중 파장이 가장 긴
빨간색보다 속도가 느려집니다. 그 속도의 변화가
색들을 비틀어 분리하고 각 파동을 조금씩 다른
방향으로 보내어집니다. 이것이 프리즘의 원리입니다.
프라운 호퍼가 알아낸 성과에 대해 말하겠습니다.
위의 사진은 스펙트럼을 세밀하게 본 것인데요.
색들의 사이사이에 검은 선들이 보이시죠?
저것이 무엇인이 알아냈습니다.
그것을 말하면 원자수준으로 말해야 하는데요.
다들 아시다시피 원자는 가운데에 양성자가 있고
그 주위를 전자가 돌고 있습니다.
이 전자는 일정한 궤도로 도는 것이 아니라
양성자 가까이서 돌기도 하고 멀리서 돌기도 합니다.
가까이 돌기 위해 이동할 때는 전자가 에너지를
빠지기도 하고 멀리 돌기 위해 갈때는
전자가 에너지를 흡수해서 그런 것입니다
전자가 큰 궤도로 옮겨가는 건 원자가 광파를
흡수해서 그런 것이고 작은 궤도로 이동하는
이유는 불분명합니다. 이런 도약은 광파를 생성하게
됩니다.
전자가 궤도를 줄일 때 방출된 광파가 흩어지는데
그 흩어져 사라진 부분 때문에 검은 선이
생기는 것 입니다. 이런 것들은 전자의 그림자로
볼 수 있기 때문에 원자마다 선은 다 다르게 나온다고
합니다.
그 검은 선들은 원자 서명으로 볼 수 있습니다.
그 검은 선을 이용해 행성, 항성, 은하계, 사람을
포함한 모든 것들은 같은 원소로 이루어졌다는 것을
알게 해줬습니다. 우리 인류도 결국별에서 나온 물질
로 이루어졌습니다.
우리는 프라운 호퍼가 발견한 검은 선을 이용해
우주에서 멀리 떨어진 별이나 은하계가 어떤 물질로
이루어졌는지 알 수 있습니다. 스펙트럼선들은
구성성분뿐만 아니라 그들이 다가오는지 멀어져가는
지도 알 수 있습니다. 이것을 통해 우주의
팽창을 알았습니다.
저것은 적외선으로 세상을 본 풍경입니다.
저것은 X선으로 세상을 바라본 풍경입니다.
저것은 라디오파로 세상을 바라본 풍경입니다.
저것은 감마선으로 세상을 바라본 풍경입니다.
감마선을 통해선 먼 은하계에서 일어나는 정체모를
폭발들을 볼 수 있습니다.
마이크로파를 통해선 우주탄생시점까지 과거를
돌아볼 수 있습니다.