양자역학에 대한 이해와 빛과 물질 과의 상관관계

푸른색 물병 문제 기억나시나요?? 답을 생각해보셨을까요. 그러니까 결과적으로 불이 꺼져서 이 물체가 검은색이 되면 색도 없어진다는 겁니다. 왜냐하면 이 병이 푸른색이었던 이유는 형광등 불빛에 반사될 때 그 빛이 변형된 현상에 불과했으니까요. 결국 빛이라는 게 물체에 닿기 전에 색이라는 게 존재하지 않습니다.

 

*색상에 대한 역사

뉴턴에 의해 빛의 스펙트럼이 밝혀지면서 우리가 잘 알고있는 가시광선(빨주노초파남보의 색을 가진)과 이 가시광선의 적색보다 바깥 스펙트럼인 적외선, 보라색의 바깥에 있는 자외선 이런 것들도 모두 다 빛의 일부라는 것이 밝혀집니다. 한마디로 우리가 물체를 시각적으로 불 수 있게 되는 현상은 빛이 변형된 결과입니다. 이런 결과를 가지고 제가 물질이 빛이고, 빛이 곧 빛이다라고 말한다면, 다들 반발하실 겁니다. 빛은 만질 수 없지만, 물질은 만질 수 있으니 빛과 물질이 어떻게 같을 수 있냐고 물어볼 겁니다.

 

 

 

*전자기력과 빛의속도의 상관관계

아까 말한 대로 물질을 만든다는 건 물질을 구성하고 있는 원자에 있는 전자의 전자기력 때문에 가능하다고 이야기하였습니다. 이 전자기력은 전기와 자기의 합성어로 우리는 전기와 자기가 같은 힘이라는 걸 알 수 있습니다. 예컨대, 자석과 천둥번개의 근원이 같다는 겁니다. 더 자세히 설명하자면 발전기의 원리는 자석에서 나오는 자기장을 서로 교차시켰을 때  자속이 끊기면서 전류가 발생합니다. 한마디로 교류발전기는 자석으로 전기를 만들고 있기 때문에 자기 에너지를 전기로 만들고 있는 거죠.

 

 

반대로 전류는 자기장을 발생시킵니다. 포일에 전선을 감고 전류를 흘려보내면 자석처럼 끌어당기거나, 밀어내는 힘이 발생합니다. 이유는 전기나 자기장이 생성되는 원인은 원자 속의 전자이기 때문입니다. 즉 전기나 자기장 내 힘의 근원이 같다는 것을 알 수 있습니다. 우리는 전기를 생산할 때도 자석을 이용하고 전류를 흘려보내서 전자석을 만듭니다. 이렇게 전기와 자기는 힘의 근원이 원자 안에 있는 전자의 움직임에 의해 생긴다는 힘의 근원이 동일하기 때문입니다. 그리고 이 전자는 우리가 물체를 만질 수 있게 해주는 근원입니다. 이 전자들 간에 서로 밀어내는 힘에 의해서 우리는 물체를 만질 수가 있는 겁니다.

 

 

더욱더 소름 돋는 것은 교류전력이 흐르는 곳에서는 전자기파가 만들어지는 데요. 나중에 이 전자기파의 속도가 빛의 속도와 동일하다는 것을 알게 되면서 결국 전자기파도 빛의 일종이라는 것을 알게 됩니다. 그러니까 우리는 물질을 빛을 통해서 볼 수 있을 뿐만 아니라, 우리가 물질을 인식할 수 있는 가능한 모든 수단은 결국 빛을 통해서 가능하다는 겁니다. 상대성이론에 의하면 빛은 공간 방향으로 빛의 속도로 이동 중이고 물질은 시공간 방향으로 빛의 속도로 이동 중인데 왜 우주에 존재하는 모든 물질이 시공간에서 다 동일하게 빛의 속도인지 궁금하지 않았나요? 우리가 물질이라는 것을 인지 할 수 있는 방법은 빛을 통해서밖에 없습니다. 그리고 모든 물질은 시공간 상에서 빛의 속도를 지닙니다. 결국 양자역학을 이해하기 위해선 빛에 대해서 이해해야 한다는 겁니다. 

 

 

다음 글은 빛의 입자와 파동현상에 대해 이야기해보겠습니다