빛의 굴절과 관련되어 궁금한 게 있는데요.

Question

학창시절에 굴절이 일어나는 이유는 매질에 따른 빛의 속도 변화라고 배웠었는데요. 그런데 상대성 이론에 따르면 빛의 속도는 일정한데, 어째서 빛의 속도 변화라는 말이 있는 것이죠?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

상대성 이론에서는 빛의 속도가 일정하다는 개념이 중요한데, 이것은 빛이 특정한 매질을 통과할 때 말하는 것이 아닙니다. 즉, 빛의 속도는 진공에서 일정하지만, 다른 매질에서는 속도가 달라질 수 있습니다.

빛이 매질 내에서 이동할 때, 빛의 파장이 매질 내에서 약간 늘어나거나 줄어들게 됩니다. 이렇게 파장이 변화하면, 빛의 속도도 변화하게 됩니다. 이러한 현상을 굴절이라고 합니다.

굴절은 다른 매질로 옮겨갈 때 빛의 속도가 달라지기 때문에 일어나는 현상입니다. 예를 들어, 빛이 공기에서 물로 옮겨갈 때, 물의 밀도가 공기보다 높기 때문에 빛의 속도가 더 느려지게 됩니다. 이렇게 빛의 속도가 변화하면, 빛의 진행 방향도 변하게 되고 이것이 굴절되는 원리입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 상대성 이론에 따르면 빛의 속도는 진공에서 일정합니다. 하지만 빛은 다른 매질을 통과할 때 속도가 달라집니다. 이는 매질의 밀도와 전기적 성질에 따라 빛이 전달되는 매질 내부의 전하들이 빛의 파동에 영향을 미치기 때문입니다. 빛이 매질의 경계면을 통과할 때 매질 내부와 매질 외부의 전하들이 서로 영향을 미치면서 빛의 파동이 꺾이게 됩니다. 이 현상을 굴절이라고 합니다.