[光] 빛의 속도는 어떻게 측정했을까요?

엄청나게 빠르게 전파되는 빛을 어떻게 측정했을까요?

 

빛의 속도가 무한하다는 사람도 있었고, 유한하다는 사람도 있엇습니다..

(너무 빠르니 무한이라고 생각한 사람들의 생각이 오히려 더 자연스럽네요..)

 

케플러니 갈릴레이니 당대 유명한 과학자들도 이 비밀을 풀지 못했습니다.

 

행동하는 과학자.. 갈릴레이는 빛의 속도를 측정하기 위해서 조수와 함께 산에 올라갑니다.

서로 약 1마일 떨어진 다른 산봉우리의 꼭대기에 올라가서.. 각각 등불과 시계를 소지하고

등불을 가렸다 열었다 깜빡깜빡 하면서 시간차이를 측정하는 거죠!!

 

둘 다 등불을 가리고 있다가 갈릴레이가 등불을 열면, 조수가 그 불빛을 보고 등불을 열고..

그러면 갈릴레이는 자기가 등불 연 시간 t0, 조수의 등불을 확인한 시간 t1... 측정해서 ..

거리 3.2km를 나누면 됩니다..

근데 빛이 너무 빨라서 실패해요.. (당연히..또한 조수가 갈릴레이의 빛을 보고 등불을 여는데도

시간이 걸리겠죠..)

왕복하는데 걸리는 시간이 지금 계산해보면 거의 10만분의 1초 정도.. 불가능했던 거죠..

 

그렇게 실패로 돌아가고..

 

8년 후에 누군가가 빛의 속도 측정에 첫 성공을 하게 됩니다.

역시나... 빛의 속도는 너무 빨라서 지구상에서는 측정이 불가능했던 거죠.

덴마크의 천문학자 뢰머가 역사상 처음으로 빛의 속도를 측정했습니다.

 

그가 사용한 방법은 목성의 위성의 식 현상을 이용한 방법이었습니다.

 

망원경으로 목성을 보면 4개의 위성이 보이죠. (갈릴레이가 첫 발견을 하고 기록을 해서 소위

갈릴레이 위성이라고 불립니다.)

그 위성이 목성의 주변을 공전하는데, 당연히 일정한 주기로 공전을 하게 됩니다.

 

이 공전 현상을 뢰머는 꼼꼼하게 기록을 해서 각 위성의 공전 주기를 정확하게 측정합니다..

 

그런데... 공전주기가 일정했는데...... 약 6개월 이후 측정한 현상에서 시간 차이가 나게 됩니다.

그 사이 지구가 태양을 반바퀴 정도 더 돌았고 목성도 움직였기에 지구-목성간 거리가 달라진 거죠.

 

예를 들어,

원래 40시간마다 목성의 뒤로 숨던 위성이 있었다고 할 때, 6개월 뒤에 봤을 때,,

밤 11시 30분에 목성의 뒤로 숨어야 하는데,,, 주기 상 그게 맞는데, 11시 46분에 목성의 뒤로

숨은 거죠..

식 현상이 예상보다 16분 늦게 발생한 겁니다...

 

왜 16분늦게 발생했냐를 살펴보다가,, 지구-목성의 거리가 달라졌다는 점에 착안을 하여..

그만큼 빛이 오는데 걸리는 시간이 더 걸렸음을 알게 된 거죠..

그렇게 계산해서 약 초속 21만km 정도의 속력을 구하게 됩니다.. (정확한 값은 약 30만 km/s..)

오차는 있지만.. 역사상 최초로 빛의 속도가 유한함을 확인하고 그 수치를 구한 거죠..

17세기였습니다 그게.

 

그러다가 지구상에서 빛의 속도를 측정한 게 1849년, 피조의 톱니바퀴 실험이었습니다.

톱니바퀴를 빠른 속도로 회전시키고 톱니에 빛을 통과시킵니다. 그 빛은 멀리 떨어진 거울에

반사가 되어 다시 돌아오고, 톱니를 다시 통과하겠죠.. 그 빛이 거울까지 갔다오는 동안에

톱니는 회전을 하므로 살짝 돌아갔을테고, 톱니의 속도를 적절히 조절하면, 다음 톱니 사이의

공간을 빛이 통과해서 우리 눈에 보이는 회전수가 나옵니다. 그걸 토대로 계산해서 30만 km/s에

근접한 값을 얻습니다.

 

그 이후 좀 개선해서 회전하는 거울을 이용하기도 하구요.. 빛이 회전하는 거울에 반사되어

정지한 거울에 닿고, 거기서 반사되어 다시 회전거울로 돌아옵니다. 그렇게 빛이 정지한 거울까지

갔다고 오는 동안 회전거울은 회전을 하므로 반사각이 달라져서 되돌아온 빛은 상을 다른 곳에

맺게 되겠죠. 암튼 그런 식으로 측정을 하게 됨으로써 실험실 크기 정도의 규모로도 빛의 속도를

굉장히 정밀하게 측정할 수 있게 되었습니다.