Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

빛이 입자일까요 파동일까요? - 콜럼 켈리어(Colm Kelleher)

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

번역: Seon-Gyu Choi 검토: Gemma Lee

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

책상에 놓여 있는 노란 연필을 봅시다.

Your eyes, and then your brain, are collecting

눈과 뇌를 통해서 여러분은

all sorts of information about the pencil:

연필에 대한 모든 정보를 수집합니다.

its size,

color,

크기,

색깔,

shape,

distance,

모양,

거리,

and more.

그 외에 다른 정보들을요.

But, how exactly does this happen?

그런데 정확히 어떻게 이런 일들이 일어나는 걸까요?

The ancient Greeks were the first

고대 그리스인들은 최초로

to think more or less scientifically

빛은 무엇이고, 어떻게 우리가 볼 수 있는지

about what light is and how vision works.

과학적으로 접근했습니다.

Some Greek philosophers,

플라톤이나 피타고라스 같은

including Plato and Pythagoras,

그리스 철학자들은

thought that light originated in our eyes

우리 눈에서 빛이 생겨난다고 생각했어요

and that vision happened when little, invisible probes

눈으로 볼 수 없는 작은 탐침들이 나와서

were sent to gather information about far-away objects.

멀리 있는 물체의 정보를 모을 때 우리가 볼 수 있는 거라구요.

It took over a thousand years

아랍 과학자인 알하잔이

before the Arab scientist, Alhazen,

그리스 시대의 빛의 가설은 틀렸다는 것을 밝혀내는데

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

천년도 넘는 시간이 걸렸습니다.

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

알하잔은 눈에서 보이지 않는 탐침을 내보내서

invisible, intelligence-gathering probes,

정보를 모아오는 것이 아니라

they simply collect the light that falls into them.

눈으로 들어오는 빛을 그저 받아들이는 것 뿐이라구요.

Alhazen's theory accounts for a fact

알하잔의 가설은 그리스인들이 쉽게 설명하지 못했던

that the Greek's couldn't easily explain:

사실들을 설명할 수 있었습니다.

why it gets dark sometimes.

왜 때때로 어둠이 찾아오는지 말이죠.

The idea is that very few objects actually emit their own light.

몇몇 소수의 물체들은 실제로 스스로 빛을 냅니다.

The special, light-emitting objects,

빛을 내는 물체들,

like the sun

태양이나

or a lightbulb,

are known as sources of light.

전구 같은 특별한 물체는

광원(光源)이라고 부르기도 해요

Most of the things we see,

책상 위의 연필 같은

like that pencil on your desk,

우리가 보는 물체들의 대다수는

are simply reflecting light from a source

스스로 빛을 내는 것이 아니라

rather than producing their own.

광원에서 나오는 빛을 그저 반사합니다.

So, when you look at your pencil,

그래서 연필을 보면

the light that hits your eye actually originated at the sun

눈에 비치는 빛이 실제로는 태양에서 비롯된 것 입니다.

and has traveled millions of miles across empty space

빛이 수백만 마일의 빈 공간을 지나

before bouncing off the pencil and into your eye,

연필에 반사되어 눈으로 들어오는 것 입니다.

which is pretty cool when you think about it.

생각해보면 사실 꽤나 멋진 개념입니다.

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

그런데 태양에서 나오는 것은 정확하게 무엇이고

and how do we see it?

어떻게 우리가 볼 수 있을까요?

Is it a particle, like atoms,

원자같은 입자인 걸까요?

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

아니면 연못 수면의 잔 물결 같은 파동일까요?

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

근세 과학자들은 이 질문에 대답하기 위해

figuring out the answer to this question.

수 백년동안 고민했습니다.

Isaac Newton was one of the earliest.

아이작 뉴턴이 그 첫번째 입니다.

Newton believed that light is made up

뉴턴은 빛이 원자같은 아주 작은 입자로 만들어져 있다고

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

믿었습니다. 그는 그 입자를 '작은 입자'라고 불렀습니다.

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

이 가설로 뉴턴은 빛의 몇몇 속성을 설명할 수 있었습니다.

For example, refraction,

예를 들면 굴절이 있어요

which is how a beam of light appears to bend

그 때문에 빛이 공기에서 물속을 통과해 지나갈 때

as it passes from air into water.

휘어서 보입니다.

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

하지만 과학에서는 천재들도 잘못 이해할 때가 있습니다.

In the 19th century, long after Newton died,

뉴턴이 죽고 난 훨씬 뒤인 19세기에

scientists did a series of experiments

과학자들이 빛이 원자 같은 입자로

that clearly showed that light can't be made up

만들어 지지 않았다는 것을 증명하기 위해서

of tiny, atom-like particles.

일련의 실험을 했습니다.

For one thing, two beams of light that cross paths

한 예를 들면, 두 줄기의 빛이 서로 교차하더라도

don't interact with each other at all.

서로를 전혀 방해하지 않았습니다.

If light were made of tiny, solid balls,

만약 빛이 작은 고체의 공으로 만들어져 있다면

then you would expect that some of the particles from Beam A

빛줄기 A에서 나온 입자의 일부가

would crash into some of the particles from Beam B.

빛줄기 B에서 나온 입자의 일부와 충돌할 겁니다.

If that happened, the two particles involved in the collision

이런 일이 생긴다면 충돌한 두 입자들이

would bounce off in random directions.

사방으로 튕겨나갈 겁니다.

But, that doesn't happen.

하지만 그런 일은 벌어지지 않습니다.

The beams of light pass right through each other

두 줄기의 빛은 서로 통과해 버리고,

as you can check for yourself

두 개의 레이저 포인터와 분필 가루만 있으면

with two laser pointers and some chalk dust.

여러분 스스로 확인할 수 있습니다.

For another thing, light makes interference patterns.

다른 예로는, 빛이 서로 간섭하여 무늬를 만든다는 것 입니다.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

빛의 간섭이란 두 개의 파동이 같은 공간을 차지할 때

when two wave patterns occupy the same space.

일어날 때 생기는 복잡한 물결무늬입니다.

They can be seen when two objects

고요한 연못에 두 개의 물체를 떨어뜨리면

disturb the surface of a still pond,

간섭 현상을 관찰할 수 있습니다.

and also when two point-like sources of light

그리고 두 개의 광원이

are placed near each other.

서로 가까이 갈때도 관찰할 수 있습니다.

Only waves make interference patterns,

파동만이 간섭 무늬를 만들 수 있습니다.

particles don't.

입자들은 그렇게 하지 않습니다.

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

추가로 빛이 물결처럼 움직이는 것을 이해하면

leads naturally to an explanation of what color is

자연스럽게 색이 무엇인지

and why that pencil looks yellow.

그리고 왜 연필이 노란색으로 보이는지 설명할 수 있습니다

So, it's settled then, light is a wave, right?

그러면 해결된거죠? 빛은 파동이죠? 그렇죠?

Not so fast!

그렇게 판단하긴 아직 이릅니다.

In the 20th century, scientists did experiments

20세기에 과학자들은 빛이 입자처럼

that appear to show light acting like a particle.

행동하는 것을 보여주는 실험을 했습니다.

For instance, when you shine light on a metal,

예를 들면, 금속에 빛을 비추면

the light transfers its energy to the atoms in the metal

빛은 금속의 원자에 에너지를 전달합니다.

in discrete packets called quanta.

양자라고 부르는 비밀주머니에 에너지를 담아 나르죠.

But, we can't just forget about properties like interference, either.

하지만 그렇다고 빛의 간섭 현상을 잊어버릴 수는 없습니다.

So these quanta of light aren't at all like

그리고 빛의 양자는 뉴턴이 상상했던

the tiny, hard spheres Newton imagined.

작고 단단한 공도 아닙니다.

This result, that light sometimes behaves like a particle

이 실험으로 빛은 입자의 성질도

and sometimes behaves like a wave,

파동의 성질도 가지고 있다는 것이 밝혀졌습니다.

led to a revolutionary new physics theory called

이 결과는 획기적인 물리학의 새로운 분야인

quantum mechanics.

양자역학을 만들어 냈습니다.

So, after all that, let's go back to the question,

그러면 다시 처음으로 돌아가서

"What is light?"

빛이란 무엇일까요?

Well, light isn't really like anything

글쎄요, 빛은 우리 주변에서

we're used to dealing with in our everyday lives.

우리가 매일 다루는 물건들과는 다릅니다.

Sometimes it behaves like a particle

어떤 때는 입자처럼 행동하고

and other times it behaves like a wave,

어떤 때는 파동처럼 행동하지만

but it isn't exactly like either.

정확히는 그 어느 쪽도 아닙니다.