광학 이야기

빛에 대해 연구하는 분야를 광학이라고 합니다.

광학은 크게 기하광학과 물리광학으로 나누기도 합니다.

기하광학과 물리광학이 어떻게 다른지 설명하기 위해서는 약 간의 기본지식이 필요합니다.

 

 뉴턴은 운동법칙뿐 아니라 광학에 대해서도 관심을 많이 갖고 있었습니다.  그래서 뉴턴은 역학에 대한 명저인 프린키피아와 함께 광학에 관한 책도 저술하였습니다. 뉴턴 시대에 빛에 대한 가장 큰 의문은 빛의 본성이 무엇이냐는 것이었습니다. 다시 말하면 빛이 입자와 파동 중 무엇이냐는 것이었습니다.

 

 뉴턴은 빛이 입자라고 주장하였습니다. 그런데 빛이 입자라면 도저히 갖지 못하고 파동만 갖는 성질인 간섭과 회절 현상을 보인다는 점이 밝혀지면서 빛의 본성은 파동임이 확실해 보였습니다. 그리고 여러분이 잘 아는 것처럼 전자기학이 발달하면서 빛은 파동 중에서도 전자기파라는 파동임이 밝혀진 것입니다.

 

 그렇지만 뉴턴이 빛을 입자라고 생각한 것도 큰 무리는 아니었습니다. 빛이 보이는 많은 현상을 파동의 간섭과 회절을 전혀 이용하지 않고서도 다 설명할 수가 있었던 것입니다. 이처럼 빛이 지닌 파동의 성질을 이용하지 않고 빛의 반사와 굴절만으로 설명되는 분야를 기하광학이라고 합니다. 이에 대하여 빛이 파동이라는 사실을 이용하지 않고서는 설명되지 않는 분야를, 다시 말하면 빛의 간섭과 회절에 대한 분야를 물리광학이라고 합니다.

 

 우리가 알고 있는 무지개는 인간이 고난 속에서도 희망을 갖게 하는 상징이 되었습니다. 그래서 옛날에는 신이 인간에게 희망의 메시지를 전달하기 위해서 무지개를 보내준다고 믿었던 시기도 있습니다. 물론 오늘날에는 광학을 이용하여 무지개가 왜 생기는지가 잘 설명됩니다. 그래서 사람이 원하면 언제든지 무지개를 만들어 낼 수도 있습니다. 

반응형

빛의 반사와 굴절

 

  우리는 빛은 진동수가 얼마에서 얼마까지의 좁은 영역에 해당하는 전자기파라는 파동임을 알았습니다. 그런데 사실 사람들은 오랫동안 빛이 파동인지 아니면 입자 인지 잘 몰랐고,  파동은 입자가 지니고 있지 않은 간섭과 회절이라는 독특한 성질을 가지고 있어야만 하는데 빛은 그런 성질을 가지고 있지 않은 것처럼 보였기 때문입니다.

 

  오늘날에는 빛이 왜 간섭과 회절을 보이지 않는 것처럼 행동하는지 잘 알고 있습니다.  빛의 파장이 매우 짧기 때문입니다. 파동의 성질인 간섭과 회절은 그 파동의 파장과 비슷 한 크기의 장애물이나 구멍 등에서 잘 나타납니다.  그래서 우리 주위에 서 흔히 보는 빛에 대한 현상에서는 빛이 간섭과 회절의 성질을 가지고 있는지 눈치채기가 쉽지 않습니다.

 빛이 간섭과 회절을 일으키지 않는다고 생각하고 빛에 대한 여러 가지 성질을 설명하는 분야를 기하광학이라고 합니다. 기하광학에서는 빛의 성질을 광선(光線)으로 설명하고 있습니다. 광선이란 빛이 진행하는 경로를 그린 것을 말합니다. 광선의 움직임은 아주 간단합니다. 동일한 매질 내에서 광선은 직선을 따라 진행합니다. 그리고 서로 다른 매질의 경계에서 광선의 일부는 반사하고 일부는 굴절합니다. 그리고 빛이 반사하고 굴절할 때 는 아주 간단한 법칙을 따릅니다. 그래서 기하광학은 이해하기가 무척 쉽습니다. 기하광학은 주로 거울과 렌즈를 설명하는데 이용되기도 합니다.