달은 광원일까, 반사체일까?
거울 속의 나는 왜 좌우가 바뀔까?
자외선과 적외선은 어떻게 다를까?
빛은 입자일까, 파동일까?
상대성 이론과 빛은 어떤 관계가 있을까?

신비하고 놀라운 빛의 원리

우리가 눈으로 어떻게 보는 것인지 처음으로 생각한 사람은 그리스의 철학자들이에요. 그들은 ‘눈에서 나온 빛이 물체에 닿아서’라고 생각하기도 했고, ‘물체에서 나온 빛이 눈에 닿았기 때문’이라고 생각하기도 했지요. 오랜 연구와 지식이 쌓인 지금, 우리는 이제 물체를 눈으로 보는 원리를 알아요. 우리가 물체에서 나온 빛을 ‘눈’으로 받아들이면, 눈에서 그것을 전기 신호로 바꾸어 뇌로 전달하고, 뇌에서 이것을 분석해 모양과 크기, 색을 판단하면서 물체를 볼 수 있는 거예요.

물체 중에서 횃불이나 형광등, 모닥불처럼 스스로 빛을 내는 것을 ‘광원’이라고 해요. 하지만 밤하늘에 빛나는 달은 스스로 빛을 내지 못하고 태양 빛을 반사하는 반사체예요. 빛이 가진 성질 중 ‘빛의 직진성’을 알면 피라미드의 높이도 잴 수 있어요. 탈레스는 이 원리를 이용해 피라미드의 길이를 쟀다고 해요.

빛의 속도를 알아낸 과학자는 미국의 과학자 앨버트 마이컬슨이에요. 그는 윌슨산과 샌안토니오산 사이를 왕복하는 빛으로 광속을 측정했어요. 광속은 초속 299,792km지요. 초속 20만 km로 달리는 기차에서 초속 15만 km의 속도로 공을 던진다면 공의 속도가 초속 35만 km가 될까요? 광속처럼 빠른 속도에서는 속도를 더한다고 해서 광속보다 빨라지지는 않아요. 이러한 사실을 증명한 것은 아인슈타인의 ‘상대성 이론’이에요.

사람들은 빛이 입자인지 파동인지도 궁금했어요. 빛이 파동이라고 생각한 대표적인 인물은 수학자 데카르트였어요. 그는 음파와 같은 방식으로 빛이 퍼져 나간다고 생각했죠. 그러나 아인슈타인은 빛이 파동이라면 설명할 수 없는 사실이 있다는 것을 발견하고, 빛이 입자라는 사실을 밝혔어요. 그 후 프랑스의 물리학자 드브로이는 마침내 빛이 파동이면서 동시에 입자라고 결론 내렸어요. 이를 ‘빛의 이중성’이라고 하고, 이를 바탕으로 만들어진 물리학이 ‘양자 역학’이에요.

이처럼 빛과 관련해 이야기할 것들이 무궁무진해요. 우리가 깨어 있는 동안 보는 세상, 쉽게 사용하는 도구와 기계 들이 빛과 관련되어 있답니다. 이 책을 통해 청소년들이 빛의 과학에 대한 궁금증을 조금씩 풀어 나갈 수 있기를 바랍니다.

교과연계
초등 4-2 과학 3. 그림자와 거울
초등 5-1 과학 2. 온도와 열
초등 5-1 과학 3. 태양계와 별
초등 6-1 과학 5. 빛과 렌즈
초등 6-2 과학 1. 전기의 이용

초등 6-2 과학 3. 연소와 소화
초등 6-2 과학 5. 에너지와 생활
중학교 1학년 6. 빛과 파동
중학교 2학년 과학 4. 식물과 에너지
중학교 2학년 과학 8. 열과 우리 생활