빛의 입자설과 파동설로 그림자가 생기는 현상을 설명할 수 있나요?
많이 듣고 읽었었는데 이젠 모든 기억이 희미해지고 그래서 물어봅니다. 빛의 입자설과 파동설로 그림자가 생기는 현상을 설명할 수 있나요?
빛의 입자설과 파동설은 빛이 물리적인 현상을 설명하는 두 가지 모델입니다. 빛은 전자기파 형태로 전달되는 파동이면서 동시에 입자처럼 작용할 수 있는 입자 모델로 설명될 수도 있습니다. 하지만 빛이 그림자를 만들어 내는 현상은 주로 파동 모델로 설명됩니다.
빛은 출발지에서 직진하다가 불투명한 물체에 부딪히면 그림자를 만들어 냅니다. 이때, 빛의 파동성이 작용하여 그림자가 만들어집니다. 빛의 파동은 불투명한 물체에 부딪혀 반사되거나, 굴절되거나, 흡수되는 등의 작용을 받게 됩니다. 그리고 그림자가 생기는 곳은 빛의 파동이 전달되지 못하는 곳으로, 이를 그림자 영역이라고 합니다.
빛이 입자처럼 작용할 때도 그림자가 만들어지지만, 이는 주로 입자가 물체를 통과하는 과정에서 다른 입자들과 상호작용하여 생기는 그림자 현상입니다. 하지만 이 경우 그림자는 더 큰 입자가 물체를 가로막으면 더 커지는 현상이 일어나게 됩니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
빛은 입자와 파동의 성질을 모두 가지고 있습니다. 그리고 이러한 빛의 성질 중 파동성은 그림자 현상에 영향을 미칩니다.
빛은 물체에 닿으면 그 물체의 주변으로 파동이 일어나게 됩니다. 이 파동은 물체 뒷면으로 이동하면서 그림자를 만들고, 이 때 파동이 만나는 장애물이 그림자의 모양을 결정합니다. 그림자의 가장 어두운 부분은 물체가 가리는 부분으로, 이 부분에서는 빛의 파동이 완전히 차단됩니다.
반면, 빛의 입자 성질은 빛이 직진하여 일직선 상에서 직진하며, 그림자의 경계선이 날카로운 이유를 설명합니다. 입자 성질 때문에 빛은 그림자의 경계선에서 갑자기 차단되는 것이 아니라, 조금씩 희미해져서 사라지기 때문입니다.
안녕하세요. 이정수 과학전문가입니다.
빛은 입자인가 파동인가에 대한 질문 자체가 많은 오해로 이루어져 있고, 꽤 잘못 알려진 부분이 있습니다. 결론적으로 말하면 빛을 포함한 모든 것은 파동으로 이루어져 있다고 보시면 될텐데요. 파동의 상쇄와 간섭을 통해 일정 부분에서 진폭이 커지거나 작아지는 것을 알 것이라고 일단 가정하고 답변 드리겠습니다.
파동이 서로 간섭, 상쇄하는 과정에서 진폭의 변화가 나타납니다. 파동은 끊임없이 변화하기 때문에 이러한 변화도 계속 나타나게 됩니다. 그래서 전자를 발견하는 것을 확률(오비탈)로 표시합니다. 전자가 그곳에 존재하여 이를 발견하는 것을 확률적으로 표시한 것입니다. 그래서 흔히 전자가 그곳에 존재할 때 (-)의 전류가 흐른다고 배우실텐데 이는 전자라는 입자가 존재한다기 보다는 파동들이 합쳐져서 마치 입자와 같이 보이기 때문에 그렇습니다. 실제로는 모든 전자, 양성자, 중성자 등은 파동의 간섭, 상쇄 과정에서 서로 가장 크게 맞물리는(간섭하는) 구간에서 마치 입자와 같이 관측되기 때문에 저희는 입자라고 생각하고 배우는 것입니다.
그림자가 생기는 이유를 설명드리면 빛이 파동인데 애초에 사물에 막혀서 파동이 지나가질 못하니 그림자(빛이 도달못하는 곳)이 생기는 것이고, 빛이 도달하는 곳은 밝게 보이는 것입니다.