빛은 무엇인가요? 내용에 적겠습니다

Question

빛은 물질이 아니면서 왜 우리 눈에 보이나요? 아니 그 전에, 빛은 무엇인가요?

주변에서 흔히 볼 수 있어 미처 생각치 못했는데 문득 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

빛의 정체는 물리학 역사에서 가장 오래 논쟁된 질문 중 하나예요. 결론부터 말하면 빛은 전자기파이면서 동시에 입자이기도 한 독특한 존재예요. 둘 중 하나가 아니라 정말로 둘 다예요.

전자기파라는 건 전기장과 자기장이 서로를 만들어내면서 공간을 타고 퍼져나가는 파동이에요. 돌을 물에 던지면 물결이 퍼지듯이, 전하를 가진 입자가 흔들리면 그 진동이 전기장과 자기장의 물결로 퍼져나가거든요. 이 파동의 파장이 아주 길면 라디오 전파가 되고, 짧아지면 적외선, 더 짧아지면 우리 눈이 감지할 수 있는 가시광선, 더 짧아지면 자외선이나 엑스선이 돼요. 빛은 이 넓은 전자기파 스펙트럼 중에서 우리 눈이 반응할 수 있는 아주 좁은 구간이에요.

그런데 빛을 아주 정밀하게 관찰하면 파동만으로는 설명이 안 되는 현상이 나타나요. 빛이 금속 표면에 부딪혀 전자를 튕겨내는 광전 효과라는 현상에서 빛은 마치 작은 에너지 알갱이처럼 행동하거든요. 이 알갱이를 광자라고 부르는데, 질량은 없지만 에너지와 운동량을 가지고 있어요. 물질처럼 손에 잡히는 덩어리는 아닌데 에너지를 실어 나르는 입자처럼 움직이는 거예요.

눈에 보이는 이유도 이 광자의 에너지 때문이에요. 광자가 망막의 시세포에 부딪히면 시세포 안의 단백질 분자가 그 에너지를 흡수해서 모양이 변하고, 이 변화가 전기 신호로 바뀌어 뇌로 전달돼요. 뇌가 이 신호를 해석한 결과가 우리가 경험하는 밝음과 색이에요. 빛이 물질이 아닌데 보이는 게 아니라, 빛이 가진 에너지가 우리 몸의 물질과 상호작용해서 보이는 거랍니다.

빛이 물질이 아니면서도 이렇게 물질에 영향을 줄 수 있는 건 에너지를 운반하기 때문이에요. 태양빛이 피부를 데우고 식물을 자라게 하는 것도 모두 광자가 에너지를 전달하는 과정이에요. 질량 없이 에너지만으로 우주를 가로지르는 존재라니, 생각할수록 참 신기한 녀석이랍니다 :)