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빛: 전기장과 자기장의 교차 진동
빛은 우리가 사용하는 휴대폰의 전파와 같은 전자기파다, 아니, 역으로 말하자면 모든 전자기파는 빛이다.
다만, 볼 수 있느냐 볼 수 없느냐 차이 뿐이다.
이동통신의 경우 4G는 330MHz (초당 3억 3천만번), 5G는 2-5GHz(초당 20억-50억번) 주파수를 사용하며, 우리가 보는 빨간색은 400THz(초당 400조번), 보라색이 800THz(초당 800조번) 진동하는 주파수를 갖고 있다.
전기를 띤 물질을 1초당 400조번 흔들어 주면 400조번 진동수를 갖는 빨간 빛이 나오게 된다.
그런데, 뭐가 진동하나? 모든 전자기파는 전기장(E: Electric Filed)과 자기장(B: Magnetic Field, M보다는 전통적으로 B를 사용, 맥스웰이 방정식에 M을 다른 용도로 사용하며 자기장에 B를 도입하며 B로 통칭)이 상호 진동하며 만들어진다.
즉, 전기를 띤 물질을 세게 흔들면 주변에 전기장이 흔들리고, 그 흔들린 전기장이 자기장을 만들고, 흔들린 자기장이 전기장을 다시 만드는 반복, 이것이 전자기파이며 빛이다.
1885년, 2023년 현재 기준 불과 138년전, 독일의 물리학자 헤르츠에 의해 처음으로 전파, 전자기파, 빛이 만들어 진다.
이 과정을 가장 쉽고 재미있게 설명한 유튜브를 참고해 보자.
이 사이트의 내용을 요약하면 다음과 같다.
자, 길다란 안테나 금속 선에 전기, 방향이 수시로 바뀌는 AC 교류 전기를 흘린다. 처음 시작은 위가 +, 아래가 -, 그러면 전기장이 +에서 – 아래 방향으로 만들어 진다.
그런데 교류 전기의 방향을 바꾸어주면 앗! 전기장 방향이 바뀐다! 아래서 위로!!!
이렇게 1초에 몇 번 방향을 바꾸어 주는가에 따라 진동수가 결정된다. 우리가 사용하는 4G 휴대폰 전파 330MHz는 1초에 3억 3천만번 전기장의 방향이 바뀌는 전자기파이다.
그런데 전기장의 방향이 바뀌면 즉, 전류가 흐르면, 자기장이 생긴다. 각 변화하는 전기장 E에 대해 각 변화하는 자기장 B가 표면으로 나오든가, 들어가는 수직 방향으로 생겨난다.
이것이 전파고, 이것이 빛이다.
즉, - 전하를 가진 전자를 위 아래 금속선에서 맹렬히 왕복 운동, 즉 교류를 공급해 주면 해당 교류 주파수 크기의 전파가 만들어진다.
움직이는 전하가 전파를 만들어낸다!
이때 흔들리며 전파되는 것은 바로, 전기장과 자기장 세기의 크기다.
빛이란 무엇인가?
우리가 찾은 첫 번째 답, 빛이란 이 전기장과 자기장이 서로 엇갈리며 진동하는 것이다.
자, 그러면 빛의 근원인 바로 이 전기장과 자기장, 과연 무엇이며 어떻게 만들어지나?
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빛이란 무엇인가, 양자장론(Quantum Field Theory)적 답
빛이란 무엇인가의 첫 질문,
도대체 이 모든 생명의 에너지 원, 태양에서부터 8분 20초 정도 걸려서 날아오는 이 태양 빛, 도대체, 뭐가 날아오는 것일까?
눈 깜빡! 할 사이 1초에 지구를 7바퀴 반이나 도는 무시무시한 속도로 날아오는 이 태양 빛, 도대체 뭐가 날아오는 것일까?
우선, 날아온다는 것 자체가 정확하게 무엇인가?
우주선이나 공이 날아 오듯, 뭔가 알맹이가 날아오나? 어떤 힘만 전달되나? 물결의 파동같이 뭔가 파도같은 것이 밀려오나?
2024년 현재 공인(公認)된 최첨단 물리학인 양자장론(Quantum Field Theory)은 이 모든 것을 거미줄과 같이 촘촘한 그물 망으로 설명한다.
(참고) 끈 이론등은 NEW! , Not Even Wrong!, 최고의 물리학자 파울리가 끈 이론을 가리켜 말 한 ‘틀렸다고 할 수 조차 없어! 말도 안돼!’ 아직 실험등 입증 되거나 공인되지 못함.
엄청 빽빽한 그물 망이 우주 전체에 가득하다.
(참고) 그물 망, 이것을 물리학적으로 field, 장 場, 이라 부른다.
그물 망에 뭔가 하나 걸리면 옆으로 출렁 거리며 그물 망의 흔들림이 전달 되는 것,
이것이 힘의 전달이다!
손으로 밀지 않아도 서로 미는 같은 극성끼리의 전기력, 손으로 밀지 않는데도 서로 서로 잡아 당기는 반대 극성끼리의 전기력이나 중력!
공간 한 점 한 점마다 엄청 촘촘한 (아마 원자 크기의 100억분의 1보다 더 작은) 그물, 거미줄이 쳐져 있다.
이 그물 망이 간격 없이 연속적인 것이 아니라, 어떤 띄엄 띄엄한 간격 (discrete 개별 혹은 quantum 양자) 으로 존재하는 것, 양자 장 Quantum Field 이다.
이 거미 줄에 뭔가 걸리면, 즉 질량이나 전기량이나 걸리면 그물 망이 출렁하는 것, 이것이 전기력이나 중력이 전달되는 방법이다.
뭔가 그물 망이 단단하게 뭉쳐 있는 것, 이것이 전자나 양성자와 같은 입자, 알맹이이다.
즉, 태양을 만들고 있는 수소 분자 속 전자가 튕기면서 그물 망을 흔들면 이 흔들린 그물망의 진동이 1억 5천만 km가 떨어진 지구까지 1초에 지구 7바퀴 반 도는 무시 무시한 속도로 전달되는 것, 이것이 빛이다.
그렇다면 도대체 이 그물 망이란게 뭐냐?
빛으로의 여정은 바로, 여기서 출발한다.
양자장론의 이해!
양자장론적 힘의 이해!
이 힘을 공부하는 것, 미래를 공부하는 것이다.
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빛이란 무엇인가
세상이 아프다.
내 공부의 목적은 아픈 세상을 조금이라도 낫게 하는 것이다.
그러나 공부는 한 꺼풀만 더 들어가도 복잡도가 무한대가 되고만다.
왜 노란가?
노란색만 반사해서.
왜 노란색만 반사하나?
왜 땅에 떨어지나?
지구가 사과를 잡아당겨서.
왜 잡아당기나?
노란색 표면에 있는 전자들이 노란 색 파장 빛만 반사해서라는 양자역학이든, 공간이 휘어서 휜 쪽으로 떨어진다는 상대성 이론이든, 그저 태평양에 물 한 두방울 아는 정도! 세상을 낫게 하는데는 턱없이 부족하다.
The prayer of faith will restore the sick one, and the Lord will raise him up.
참고로, 2024년 현재, 인간은 전자의 크기를 모른다. 원자 10만분의 1 크기보다 작다는 것은 알겠는데, 아직은 크기 ‘0’의 입자이다.
크기 ‘0’인 전자, 문자 그대로 허공, 아무것도 없는 것에서부터 빛이 나온다! 빛을 반사하고 빛을 흡수한다! 엄청 높은 에너지에서 전자는 질량이 없는 빛으로 변하거나, 질량이 없는 빛이 질량이 있는 전자가 되기도 한다. 2024년 현재 인간이 아는 건 이게 다다!!!
세상의 모든 문제는 빛에서 시작하고 빛에서 끝난다.
빛에 대해 조금이라도 더 공부할수록 세상은 조금 더 환해 질 것이다.
빛이란 무엇인가.
이 질문 하나 속에 차세대 에너지 혁명과 차세대 정보 혁명, 차세대 의료 혁명과 차세대 산업 혁명 모든 것의 답이 있다.
빛이란 과연, 무엇인가.
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그라디엔트 델 벡터 함수 경사도 소개 (not final)
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