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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