빛의 속도는 어떻게 측정하나요
흔히 빠른 속도를 비유할때나 비교할때 빛보다 빠르다 빛의속도로 몇년이다 등등 빛의속도로 비교 하는데요
실상 이 빛의속도는 어떻게 측정합니까
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
빛의 속도는 현재까지 알려져 있는 물체의 속도 중에서 가장 빠르다. 진공상태에서 초속 30만 킬로미터로 달리고, 한 시간에 10억 킬로미터를 진행하며, 1년에 약 9조 4,600억 킬로미터(1광년)의 거리를 간다. 빛은 1초에 지구의 둘레를 7바퀴 반을 돌고, 태양에서 나온 빛이 지구에 도달하는 데 약 8분이 걸린다. 17세기에 갈릴레이는 빛의 속도가 유한하다고 생각했으며, 실험을 통해 이를 입증하고자 했다. 그는 밤중에 약 1.6킬로미터 떨어진 두 곳에서 두 개의 램프를 이용하여 불빛의 속도를 측정했다. 그러나 불빛이 너무 빨라서 구별을 할 수 없었지만, 이것은 후대에 시행된 정밀한 실험의 원형이 되었다는 점에서 의미를 찾을 수 있다.
빛의 속도를 처음으로 측정한 사람은 덴마크의 천문학자 뢰머인데, 1675년 그는 목성의 위성에 의해 생기는 월식 사이의 시간 간격이 반년마다 변한다는 사실을 발견했다. 그는 지구가 목성으로부터 멀어질 때 시간 간격이 가장 길고, 목성에 가까워질 때 가장 짧아진다는 사실로부터 광속을 결정했다.
약 50년 후인 1729년 영국의 천문학자 브래들리는 지구가 태양 주위를 공전하기 때문에 인접한 두 별의 위치가 반년마다 바뀌는 현상을 이용하여 두 별빛 사이의 각도(연주시차)를 측정했다. 별빛의 시차는 관찰자의 속도와 별에서 나오는 빛의 속도 차이로 생긴다. 지구에서 별을 관측할 때 지구의 자전, 공전 운동 때문에 별의 겉보기 위치와 실제 위치에 차이가 생긴다. 이때 별빛이 실제보다 약간 앞쪽으로 기울어지는데, 이 각도를 ‘광행차’라고 한다. 이와 비슷한 예로 비 오는 날 우산을 들고 뛰게 되면 우산을 앞쪽으로 기울여야만 비를 막을 수 있다. 빗방울의 속도는 아래로 떨어지는 비의 속도에서 우리가 달리는 속도를 뺀 것이기 때문이다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
빛의 속도는 현재까지 알려져 있는 물체의 속도 중에서 가장 빠르다. 진공상태에서 초속 30만 킬로미터로 달리고, 한 시간에 10억 킬로미터를 진행하며, 1년에 약 9조 4,600억 킬로미터(1광년)의 거리를 간다. 빛은 1초에 지구의 둘레를 7바퀴 반을 돌고, 태양에서 나온 빛이 지구에 도달하는 데 약 8분이 걸린다. 17세기에 갈릴레이는 빛의 속도가 유한하다고 생각했으며, 실험을 통해 이를 입증하고자 했다. 그는 밤중에 약 1.6킬로미터 떨어진 두 곳에서 두 개의 램프를 이용하여 불빛의 속도를 측정했다. 그러나 불빛이 너무 빨라서 구별을 할 수 없었지만, 이것은 후대에 시행된 정밀한 실험의 원형이 되었다는 점에서 의미를 찾을 수 있다.
빛의 속도를 처음으로 측정한 사람은 덴마크의 천문학자 뢰머인데, 1675년 그는 목성의 위성에 의해 생기는 월식 사이의 시간 간격이 반년마다 변한다는 사실을 발견했다. 그는 지구가 목성으로부터 멀어질 때 시간 간격이 가장 길고, 목성에 가까워질 때 가장 짧아진다는 사실로부터 광속을 결정했다.
약 50년 후인 1729년 영국의 천문학자 브래들리는 지구가 태양 주위를 공전하기 때문에 인접한 두 별의 위치가 반년마다 바뀌는 현상을 이용하여 두 별빛 사이의 각도(연주시차)를 측정했다. 별빛의 시차는 관찰자의 속도와 별에서 나오는 빛의 속도 차이로 생긴다. 지구에서 별을 관측할 때 지구의 자전, 공전 운동 때문에 별의 겉보기 위치와 실제 위치에 차이가 생긴다. 이때 별빛이 실제보다 약간 앞쪽으로 기울어지는데, 이 각도를 ‘광행차’라고 한다. 이와 비슷한 예로 비 오는 날 우산을 들고 뛰게 되면 우산을 앞쪽으로 기울여야만 비를 막을 수 있다. 빗방울의 속도는 아래로 떨어지는 비의 속도에서 우리가 달리는 속도를 뺀 것이기 때문이다.
한편 전기와 자기를 연구하는 입장에서도 빛의 속도를 정밀하게 측정할 필요가 있었는데, 1864년 영국의 물리학자 맥스웰은 전자기장의 기본방정식을 통해 전자파의 존재를 예언했다. 그는 기본방정식으로부터 전자파가 빛의 속도로 진행한다고 예측했다. 오래 전부터 우주에는 안정되고 눈에 보이지도 않으면서 질량과 마찰도 없는 에테르라는 물질이 빛을 전달한다고 믿었다.
데카르트가 처음 제안하고 뉴턴이 인정한 이후로 에테르는 빛이 텅 빈 공간을 어떻게 지나가는가를 설명하는 절대적이고 핵심적인 개념이었다. 음파의 매질은 공기이며 공기 중의 분자가 진동함으로써 생긴다. 수면파의 매질은 물이며 해수면의 진동으로 물결이 생기는 것처럼 빛의 매질은 에테르라고 생각되었다. 1887년 미국의 마이컬슨과 몰리는 지구를 둘러쌓고 있는 에테르에 대한 빛의 속도를 측정하는 실험을 했지만, 빛의 속도는 항상 일정하다는 결과만을 얻었다.
1905년 아인슈타인은 특수상대성이론을 발표하면서 광속불변의 원리, 즉 빛의 속도는 광원이나 관측자의 운동에 관계없이 항상 일정하다고 주장했다. 이에 따라 광속은 물리학의 기초 상수로서 중요한 의미를 가지면서 많은 사람들이 광속을 정밀하게 측정하기 시작했다. 광속을 정밀하게 측정하는 실험의 또 다른 목적은 길이의 표준, 즉 미터(m)를 결정하기 위해서였다. 1960년대에 출현한 레이저는 단색광으로 직진성이 강해서 여러 가지 실험에 응용되었는데, 그중 하나가 광속의 측정이었다. 1973년 국제도량형총회에서 광속의 값은 다음과 같이 정해졌다.빛의 속도 c=299,792,458m/s
1983년 총회에서는 길이의 표준으로 ‘1미터는 빛이 진공 속에서 1/299,792,458초 동안 진행하는 거리’라고 정의했다. 이로써 광속은 측정값이 아닌 물리 상수로 인정되었으며, 길이의 표준에 대한 새로운 기준이 되었다.
출처 : [네이버 지식백과] 빛의 속도를 측정하다 (세상을 움직이는 물리, 2012. 8. 15., 정갑수)
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
역사별로 측정 방법이 상이합니다만 원리는 비슷합니다.
최초로 빛의 속도를 유한한 값으로 구한 사람은 덴마아크의 천문학자인 뢰머(O.C.Romer)였다. 목성의 한 위성에 대한 관측을 계속하던 중, 목성의 위성이 목성과 지구의 사이에 정렬하는 주기가 지구가 목성을 향하여 다가갈 때와 멀어져 갈 때에 따라 달라진다는 것을 알아 내었다. 이러한 현상을 뢰머는 빛의 속도가 유한하다는 가정하에 설명하였고 또한 빛의 속도도 구할 수 있었다. 그 속도는 2.1 x 108 m/sec 로 실제의 값보다 1/3정도 작은 값이다. 이 오차는 그 당시의 천문학에서의 거리측정의 부정확성 때문이었다.(1675년)
1849년 프랑스의 피조(A.H.L.Fizeau)는 빛의 속도를 직접적인 방법으로 측정하였다. 그는 빨리 회전하는 톱니바퀴 앞에서 광선을 톱니부분으로 비추어 그 광선이 회전하는 톱니에 의해 단속적으로 차단되어 펄스 형태로 발사되도록 하였다. 이 광선은 이로부터 8.63km 떨어진 지점에 있는 거울에 의해 반사되어 되돌아 오고 역시 톱니바퀴를 통과하여 눈으로 관측할 수 있게 하였다. 그러나 톱니바퀴의 회전속도가 적당치 못하면 빛이 차단되어 볼 수가 없고, 단지 회전하는 톱니바퀴의 골 부분을 잘 통과한 빛이 되돌아 왔을 때 다시 골을 만나면 눈으로 빛을 관측할 수 있게 된다. 톱니바퀴의 회전속도를 변화시켜 가며 빛을 관측하여 톱니산의 개수, 회전속도, 빛이 진행한 거리로부터 빛의 속도를 쉽게 구할 수 있어서, 3.15 x 108m/sec라는 상당히 그럴듯한 결과를 내었다.
역시 프랑스의 물리학자 푸코(J.B.L.Foucault)는 1850년대 이래로 피조의 측정방법을 개량하여, 톱니바퀴 대신에 거울을 회전시켜서 더 정밀하게 빛의 속도를 측정할 수 있었다. 이 방법으로 푸코는 물 속에서의 빛의 속도도 구해낼 수 있었기 때문에, 빛의 본성에 대한 파동성, 입자성의 논란을 종식시켰다.
현대에 와서 정밀한 빛의 속도 측정은 미국의 마이켈슨(Michelson)에 의하여 이루어 졌다. 마이켈슨은 푸코의 방법으로 지금의 공인된 값 2.99792458 x 108m/sec에 비하여 별로 차이가 나지 않는 2.99774 x 108m/sec 라는 값을 얻을 수 있었다.감사합니다.