빛의 파립자 이상성은 빛이 파동적 특성을 가지면서도 입자적 특성을 갖는 것을 말합니다. 과학자들은 빛이 파도처럼 앞으로 전파될 수도 있고 때로는 입자의 특징을 나타낼 수도 있다는 것을 발견했습니다. 그래서 우리는 빛을 '파립이상성'이라고 부릅니다.
빛은 가장 작은 물질로 여겨져 왔고, 가장 특별한 물질이지만 빛의 본성을 탐구하는 것은 물질의 본성을 탐구하는 것과 같다고 할 수 있습니다. 역사적으로, 전체 물리학은 바로 물질이 파장인지 입자인지를 둘러싸고 있었습니다.
광학의 임무는 빛의 본성, 빛의 복사, 전파 및 수신의 법칙, 빛과 기타 물질의 상호작용(예: 물질이 빛의 흡수, 산란, 빛의 기계적 작용과 빛의 열, 전기, 화학, 생리적 효과)을 연구하는 것입니다.
이론의 발전
빛의 파동성
데카르가 제시한 두 가지 가설
물리광학에 대한 연구 과정에서는 빛의 본성 문제와 빛의 색깔 문제가 부각됐습니다. 빛의 본성 문제에 대하여, 데카르는 그의 《방법론》의 세 부록 중 하나인 《절광학》에서 두 가지 가짜를 제시했습니다. 한 가지 가설은 빛은 미립자와 같은 물질이고, 다른 한 가지 가설은 '이타이'를 매개로 하는 압력입니다. 데카르트 씨는 매체가 빛에 미치는 영향과 역할을 더 강조하지만, 그의 이 두 가지 가설은 이미 훗날의 미립설이었습니다. 파동설과의 논쟁은 묻혀버렸습니다.
그리마디의 빛의 회절 현상을 발견
17세기 중반, 물리광학은 진일보한 발전이 있었습니다. 1655년 이탈리아 폴로니아 대학의 수학 교수 그리마디는 빛의 다발에 놓인 작은 막대기의 그림자를 관측하던 중 빛의 회절 현상을 먼저 발견했습니다. 이에 따르면 그는 빛이 물결과 유사한 유체일 수 있다고 추상했습니다. 그리마는 빛의 회절이라는 개념을 처음 제시했는데 빛의 파동학설의 최초의 주창자입니다.
1663년 영국의 과학자 보이어는 물체의 색상이 물체 자체의 성질이 아니라 빛이 물체에 비쳐 나타나는 효과라고 주장했습니다. 그는 처음으로 비눗방울과 유리알 속에 들어 있는 컬러 줄무늬를 기재했습니다. 이 발견은 그리마디의 설과 일치하는 점이 발견되어 그 후 연구의 기초가 되었습니다.
후커는 '빛 이더리움의 일종인 세로파'를 제시
얼마 뒤 영국의 물리학자 후커는 그리마디의 실험을 되풀이하며 비누포막의 색깔을 관찰해 빛의 일종인 세로파라는 가설을 내놓았습니다. 이 가설에 따르면, 후커도 빛의 얼굴이라고 생각합니다. 색은 그 주파수에 의해 결정됩니다.
뉴턴은 미립자설로 빛의 색깔 이론을 논술
1672년, 위대한 뉴턴은 그의 논문 '빛과 색에 관한 새로운 이론'에서 그가 한 빛의 분산 실험에 대해 말했습니다. 태양빛을 작은 구멍을 통과시킨 후 암실 안의 프리즘에 비추면 반대편 벽에서 빛을 냅니다. 색 스펙트럼을 하나 얻습니다. 빛의 복합과 분해가 서로 다른 색깔의 미립자가 섞였다가 분리되는 것과 같다는 생각에서다. 이 논문에서 그는 미립자설로 빛의 색 이론을 논술했습니다. 제1차 파동설과 입자설의 논쟁은 "빛의 색깔"에서 비롯됩니다." 불쏘시개가 불을 붙였습니다. 그 후커와 뉴턴 사이에 긴 전개가 펼쳐졌습니다.
1672년 2월 6일 후커를 회장으로 후커와 포이어 등으로 구성된 영국왕립학회 평의위원회는 뉴턴이 제출한 논문 '빛과 색에 관한 새로운 이론'에 대해 대체로 부정적인 입장을 취했습니다. 뉴턴이 처음엔 파동설을 완전히 부정하거나 미립설 편집증 지지자도 아닙니다. 하지만 논란이 벌어진 뒤 뉴턴은 여러 논문에서 후커의 파동설에 대해 반박했습니다. 이때 뉴턴도 후크도 완전한 이론을 형성하지 못했기 때문에 파동이 일어났습니다. 미립자설과의 논쟁을 말합니다. 전면적인 전개는 아니지만 과학적인 논쟁은 이렇게 일단 생겨났고 곧 밝혀질 것입니다.
호이겐스는 파동학설이 비교적 완전하다는 이론을 제시
파동설의 지지자인 네덜란드의 저명한 천문학자, 물리학자, 수학자 호이겐스는 후커의 견해를 계승하고 보완했습니다. 호이겐스는 일찍이 천문학, 물리학, 기술과학 등의 분야에서 중요한 공헌을 하였습니다. 일괄적으로 기하학 광학에 대한 연구를 진행한 적이 있습니다. 1666년 파리과학원에 초청되면서 물리광학에 대한 연구를 시작했습니다. 그가 원사로 있는 동안 휘경스는 영국을 여행하고 케임브리지에서 뉴턴을 만났습니다. 두 사람은 서로 매우 좋아하고 빛의 본성에 대한 생각을 나누었습니다. 하지만 이때 호이겐스의 견해는 파동설에 더 무게가 실립니다. 그래서 뉴턴과 갈등을 빚었습니다. 바로 이런 이견이 물리광학에 대한 호이겐스의 열정을 자극한 것입니다. 파리로 돌아온 후 호이겐스는 뉴턴의 광학 시험을 반복했습니다. 그는 뉴턴의 광학시험과 그리마를 자세히 연구했습니다. 제 실험, 거기에는 미립자설로 설명할 수 없는 현상들이 많다고 생각했습니다. 그래서 그는 파동학설이 비교적 완전한 이론을 내세웠습니다.
호이겐스는 빛은 일종의 기계파입니다. 빛은 물질 운반체에 의해 전파되는 종단파이며, 이를 전파하는 물질 운반체는 "이더"입니다. 파면의 각 점 자체가 매질의 진동을 일으키는 파원이라고 생각합니다. 이 이론에 따르면 휘경스는 빛의 반사법칙과 굴절법칙을 증명했고 빛의 회절과 쌍굴절 현상, 유명한 뉴턴 고리 실험을 비교적 잘 설명했습니다. 이런 이론들이 이해하기 쉽지 않다면, 호이킨스는 또 하나의 생활상의 예를 들어 반박했습니다. 입자만 있다면구성, 그러면 빛이 전파되는 과정에서 각 입자는 서로 부딪히게 마련입니다. 그러면 반드시 빛의 전파 방향이 바뀌게 됩니다.
새로운 파동 학설이 확고하게 세워지기 시작
1882년 독일의 천문학자 부랑허페이는 처음으로 래스터로 빛의 회절 현상을 연구했습니다. 그 후 독일의 또 다른 물리학자 슈빌트는 새로운 광파학설에 근거하여 빛이 그리드에 통과하는 회절 현상에 대해 말했습니다.
이로써 새로운 파동학설은 확고히 세워졌습니다. 미립자가 열세로 돌아서기 시작했다고 합니다.
빛의 파동학설이 성립되면서 사람들은 빛의 물결을 위한 운반체를 찾기 시작했고, 태설로 다시 활기를 띠기 시작했습니다. 몇몇 유명한 과학자들이 태설을 대표하는 인물이 됐습니다. 그런데 사람들이 이더리움을 찾다가 허를 만났습니다. 그래서 여러 가지 가설들이 제기되었고, 이태는 19세기의 많은 이슈 중의 하나가 되었습니다.
피녜엘이 이더리움을 연구하면서 발견한 문제는 가로파의 매질은 고체의 일종이어야 하는데, 이더리움이 고체의 일종이라면 천체의 자유로운 운전에 방해가 되지 않을 수 있겠느냐는 것입니다. 박송 씨도 얼마 후에 하나 발견했어요문제:너무 고체인 경우 빛의 횡방향 진동에서 종방향 진동이 일어나야 한다는 것은 새로운 광파학설과 모순됩니다.
여러 가지 문제를 해결하기 위해 1839년 코시는 세 번째 이더리움을 제시하면서 이더리움을 압축 가능한 소극적인 매질로 인식했습니다. 그는 이것으로 파송의 어려움을 해결하려 했습니다. 1845년 스톡스 스톤입니다왁스, 아스팔트, 교질과 비교하여 어떤 물질은 횡방향 진동을 전파할 수 있을 정도로 단단하고 압축과 연장이 가능하기 때문에 천체운동에 지장이 없다는 것을 설명하려고 합니다.
1887년 영국의 물리학자 매클슨과 화학자 모레이는 이더리움 실험으로 이더의 존재를 부정했습니다. 하지만 이후에도 이더리움을 고집하는 과학자들이 적지 않습니다. 심지어 패러데이에서 빛의 전자기설까지요.맥스웰의 빛의 전자기설이 제기된 이후에도 많은 과학자들이 이더리움에 대한 연구에 몰두했습니다.
19세기 중후반 빛의 파동설과 미립설의 논쟁에서 파동설은 이미 결정적인 승리를 거두었습니다. 그러나 사람들은 빛의 물결을 위한 운반체를 찾는 데 어려움을 겪으면서 파동설에 직면한 위기를 예고합니다.
빛의 입자성
휘경스의 적극적인 파동학설 홍보와 함께 뉴턴의 미립자 학설도 점차 세워지고 있습니다. 뉴턴은 그의 광학 저서 '광학'을 수정하고 보완했습니다. 각종 실험에 기초하여, 《광학》이라는 책에서 소는 말입니다. 한쪽에서는 빛이 하나의 파장이라면 같은 음파와 같이 장애물을 우회할 수 있고 그림자가 생기지 않아야 한다는 점, 두 번째 빙주석의 쌍굴절 현상은 빛이 다른 변에 다른 성질이 있다는 점을 설명한다는 점, 혜경스에 대한 반박의 이유를 제시했습니다. 동설은 그 원인을 설명할 수 없습니다.한편 뉴턴은 그의 물질을 미립자라고 합니다. 관은 자연계 전반으로 확대, 그리고 그의 질점역학 체계와 하나가 되어 미립자의 설을 뒷받침해 줍니다.
후커와 더 이상 다투지 않기 위해 사후 이듬해인 1704년에야 『광학』이 공개됐습니다. 그러나 이때 호이킨스와 후커가 연이어 사망하면서 어느 한쪽도 맞설 사람이 없다고 파동쳤습니다.
토머스 영이 1807년에 출판한 시험 기록
뉴턴은 과학계에 기여한 공로로 당시로서는 누구도 과학의 거장이 되지 못했습니다. 뉴턴의 명성이 높아짐에 따라, 사람들은 그의 이론에 대하여 경배하고, 그의 실험을 되풀이하면서, 그와 동일하다고 굳게 믿었습니다. 18세기 내내 미립자에게 도전한다는 말을 거의 하지 않았으며 빛의 본성에 대해 더 이상 연구하는 사람도 드물었습니다. 토마스 영은 빛의 간섭이라는 개념과 빛의 간섭법칙을 18세기 말 독일에서 자연철학 사조의 그림자를 제시했습니다. 사람들의 생각이 점차로 들립니다. 영국의 저명한 물리학자 토머스입니다. 영은 뉴턴에 대한 광학을 시작했습니다. 이론에 의심이 생겼, 일부 실험 사실에 따르면 양 씨는 1800년 '빛과 소리에 관한 실험과 문제'라는 논문을 썼다고 합니다. 이 논문에서 양 씨는 빛과 소리를 유추해 보았는데, 양자가 중첩된 후 강화되거나 약화되었기 때문입니다. 이 같은 현상은 빛이 태류에서 전파되는 탄성진동을 가리키며 빛이 횡파로 전파된다고 지적했습니다. 그러면서 빛의 색깔과 음성에 따른 주파수가 비슷하다고 지적했습니다. 1801년 양 씨는 유명한 양 씨의 쌍봉 간섭 실험을 했습니다. 실험에 사용된 흰 화면의 명암이 서로 엇갈리는 흑백조입니다. 무늬는 빛의 간섭 현상을 증명하여 빛을 증명합니다. 양 씨는 같은 해 영국 왕립학회의 철학회지에 '뉴턴 고리' 실험과 자신의 실험을 각각 설명한 논문을 발표해 빛의 간섭 개념과 빛의 간섭 법칙을 처음 제시했습니다.
1803년 양 씨는 '물리광학의 실험과 계산'이라는 논문을 썼습니다. 그는 빛의 간섭 법칙에 근거하여 빛의 회절 현상을 진일보명하여 회절은 직사광선다발과 반사광선다발의 간섭으로 이루어진다고 생각했습니다. 하지만 그는 빛이 종파라고 생각했기 때문에 이론적으로 많은 어려움을 겪었습니다. 그의 이론은 영국 정치가 브뤼엄의 신랄한 비판을 받아 '논리적이지 않다', '황당하다', '무가치하다'는 평가를 받았습니다.
비록 양씨의 이론이나 이후의 논박은 훼방까지 받을 정도로 중요시되지 않았지만, 그의 이론은 뉴턴학파의 광학연구에 대한 흥미를 불러일으켰습니다.
빛의 편광 현상과 편광 법칙의 발견
1808년 라플라스는 미립자설로 빛의 쌍굴절선 현상을 분석해 양 씨의 파동설을 반박했습니다.
1809년 말뤼스는 실험에서 빛의 편광 현상을 발견했습니다. 빛의 간단한 굴절 중의 편광을 더 연구할 때, 그는 빛이 굴절할 때 부분적으로 편광한다는 것을 발견했습니다. 왜냐하면 휘경스는 빛의 종파를 제시했으니까 종파가 이런 편광을 일으킬 수 없다는 발견은 파동 반대설에 유리한 증거가 되고 있습니다.
1811년, 브뤼스트는 빛의 편광현상을 연구하던 중 빛의 편광현상에 대한 경험법칙을 발견
빛의 편광현상과 편광법칙의 발견은 당시의 파동설을 곤란하게 만들었고, 물리광학의 연구를 미립자설에 유리한 방향으로 진행시켰습니다.
이런 상황에 직면하여 양씨는 광학에 대해 다시 한번 깊이 연구하여 1817년, 그는 휘킨스의 빛의 일종 종파라는 설을 버리고 빛의 일종 횡파라는 가설을 제시하여 빛의 편파를 비교적 성공적으로 해석했습니다. 뉴턴파의 견해를 흡수한 후, 그는 또 새로운 파동설 이론을 세웠습니다.양 씨는 뉴턴파의 아라고에게 그의 새로운 견해를 편지를 보냈습니다.
피넬과 아라고는 빛의 파장을 가로로 전파하는 이론을 세웠습니다.
1817년, 파리 과학원은 빛의 간섭에 관한 최고의 논문을 묻는 현상금을 내걸었습니다. 토목공학자 피녜엘도 파동설과 미립설 사이의 분쟁에 휘말렸습니다. 1815년에 피녜르는 휘갱스의 파도를 부흥시키려고 했습니다. 그러나 양 씨와 연관성이 없는 그는 당시만 해도 회절에 대한 양 씨의 논문을 몰랐고, 자신의 논문에서 여러 파의 상호 간섭으로 합성파가 강하다는 점을 내세웠습니다. 사실 그의 이론은 양씨의 이론과 정반대입니다.나중에 아라고가 양 씨한테 신제를 알려줬습니다. 빛의 한 가지 횡파에 관한 이론입니다. 이때부터 피녜엘은 양씨 이론을 폈습니다.기초를 두고 그의 연구를 시작했습니다. 1819년 피녜르는 두 개의 평면 거울에서 나오는 상간의 광원에 대한 빛의 간섭 실험에 성공해 양씨의 간섭 실험에 이어 빛의 파동설을 다시 한번 입증했습니다. 아라고는 피녜르와 공동연구를 하다가 파동설로 돌아섰습니다. 1819년 말 비녜르에서 빛의 전파 방향에 대한 정성실험을 한 뒤 아라고와 함께 빛의 수평적 전파 이론을 세웠습니다.
빛의 파립자 이상성
1887년, 독일의 과학자 헤르츠가 광전효과를 발견했습니다. 빛의 입자성이 다시 증명되었습니다.
20세기 초 플랑크와 아인슈타인은 빛의 양자학설을 제시했습니다.
1905년 3월, 아인슈타인은 '빛의 발생과 변환에 관한 하나의 추측적 관점'이라는 논문을 독일 《물리적 연보》에 발표했는데, 그는 시간의 평균에 대해 빛은 파동으로 나타낸다고 주장했습니다. 시간의 순간값, 빛은 입자성으로 나타납니다. 미시적 객체 파동성과 입자성의 통일, 즉 파립자 이상성이 역사상 처음으로 밝혀진 것입니다. 이 과학이론은 결국 학계에서 널리 받아들여졌습니다.
1921년 콤프턴은 실험에서 X선의 입자성을 증명했습니다. 1927년 제머와 훗날 조지 톰슨이 실험에서 전자빔이 파장을 갖는다는 것을 증명했습니다. 헬륨 원자도 증명해줬어요.방사선, 수소 원자, 수소 분자선은 파의 성질을 가지고 있습니다.