오늘 오랜만에 한가하고, 내게는 휴일이나 마찬가지이다.  내방에서 책장을 보다가 고등학교 수학,과학 교과서가 눈에 띄어서 훌터 보았다.

그러고 보면 나는 고등학교 시절 문과,이과 중에 이과 학생 이였다.   나는 어렸을때부터 암기과목 보단 수학이나 과학 성적이 더좋았고, 그이유중에, 이 과목들은 답이 확실히 정해저 있어서 궁리하다가 보면 답은 나오고, 확실히 정해져 있어서 좋았다.  반면 국어는 좀 추상적이고 외국어와 다른 과목들은 암기하는게 많아서 꺼려했던거 같다.

난 기억력이 좋지 않아서 시험때가 되면 매우 애를 먹었고 그반면에 궁리하고 계산 하는 것에는 더편하고 성적이 좋았다. 나는 이과적인 두뇌를 가지고 있나 보다.

그러나 내가 대학을 북한학과 종교와 역사쪽으로 전공한것은 넌센스다.  그럴만한 사정이 있었지만 이야기 하자면 길고.. 어쨌든

교과서 옆에 낡은 노트가 있는데 펴보니 깨알같은 글자들은 옛기억을 떠올리게 한다.

예전에 문득 매질과 빛의속도에 대해서 궁리한적이 있어서 나름대로 파고 들어간적이 있는데 기억을 떠올려서 한번 생각나는데로 상상하는 것도 나쁘지 않다고 생각이 된다.

북한에서도 자연과학,물리학도 이런 계통의 학문도 나름대로 학습하겠지만..   내가 대학시절 때만 해도 그쪽이 매우 세분화 되서 역시 현대사회에서 과학은 그발전을 더 가속하게 했다.

지금 설명할 내용은 어디서나 정상적으로 고등학교 과정만 이수했으면 누구나 쉽게 이해하는 내용이다.

** 매질에따라 빛의속도가 달라지는게 진짜 빛의속도가 변하는건가?  아니면 중력에 의해 시공간이 휘어서 빛이 휘어진것처럼 보이듯이 빛의속도는 일정하지만 주위가 그렇게보이는건가?  이 점에 대해 대학시절 교양과목 시간에 교수님에게 물어본적이 있다.

그 교수는 나한테 "너는 어떻게 생각하냐?" 하고 오히려 나한테 되물었다.

기분이 나빴지만 나는 그때.. "빛의 속도는 항상 일정합니다.
다만 매질 속에서는 매질 내 원자가 빛을 흡수하고 방출하는 과정이 계속해서 반복되고 이것이 겉보기에 빛의 속도가 느려보이게 만드는 거라고 생각합니다." 하고 내 생각을 답했다.

그러자 교수는 답은 커녕 나한테 느닷없이 과제를 냈다.  교수왈 "그럼 빛은 처음속도와 나중속도도 항상 같다는건데 어떻게 처음부터 30만km/s의 속도를 낼수가 있을까?" 하고  과제를 냈다.  아..  이런 괜히 물어봤네.. 하고 후회하고 있는데  또 교수가 말하길.. '우주의 구조'라는 책이 있으니 참고해라.. 하고 말한게 기억이 난다.

이책은 베스트셀러이고 당시 사람이면 다 아는 아주 유명한책이다..  그런데 그책이 어렵다고 소문난 고난도의 책이다.

한번 지금 생각나는 대로 글을 써보겠다.  내용은 쉽다.

매질을 통과하는 빛의 속도가 변하는 이유에 대해서 살펴보면

상대성 이론을 접하고 나서 매질을 통과하는 빛의 속도가 변한다고 보았을 때 나는 예전에 패닉에 빠진적이 있었는데.

아니..   빛은 모든 관성계에서 항속이라면서? 그런데 고작 유리에 들어갔다고 그 속도가 거의 2/3만큼 줄어든다고?  이게 도대체 무슨 말인지 이해가 가지 않았다.

그래서 생각한 것이,그렇다면 매질 속에서는 내가 알지 못하는 중력작용으로 인해 시간의 변화가 일어나는 것일까?  미시의 세계를 측정할 수 없고 중력은 전자기력에 비해

미비한 힘이니까 양자 세계에서  고중력이 발생할 수도 있겠다 싶어 여러가지 가설을 세우고 증명하면서 파동에 대한 이해를 하는 계기가 되었다.

또한 그 과정에서 빛이 전자기파라는 것을 받아들일 수 있었고 ,빛이 파동과 입자를 동시에 가졌기에 가능한 현상이라는 것도 이해할 수 있었다.

자. 그러면 이제 어떻게 빛이 매질 속에서 속도가 변하는 지 생각해보고 궁리해보면

먼저, 빛이 파동이며 입자라는 것에 대하여 받아들이고 갈 필요가 있다.  왜냐하면 우리는 이미 "전파"라는 형태의 빛의 자식뻘의 전자기파를 응용하고 있으며 그 전자기파를

만들어내고 사용하기까지 하고 있기 때문이다.

빛을 분광기에서 분석하면 적외선같은 낮은 주파수의 전파부터 X선,감마선 같은 고주파까지 섞여있다.

더 정확하게 말하면, 우리가 단지 '빛' 이라고 부르는 것은 적외선이나 감마선이 섞여있건 아니건 가시광선 영역의 전파의 집합체이면 우리가 부르는 '빛' 이라는 정의에서 딱히 벗어나지 않는다.

그러나 더 광의에서 보면 분명 저 먼 우주에서 도달하는 x선이나 감마선도 빛이고, 물체가 따뜻해지면 발산되는 '적외선' 도 빛이다. 이런 관점에서 사람 또한 빛을 뿜고 있는

존재이다.!

그렇다면 이 빛- 다시 말해 전자기파의 집합은 무엇일까?

빛은 다시 말하지만 여러 주파수,여러 회전방향을 가진 전자기파의 집합이라고 할수있다. 이 여러 방향을 가졌다는 것을 선글라스를 한 바퀴 돌려보면 된다.

만일 편광 선글라스를 돌렸을 때 어떤 특정 방향만 잘 보이고 나머지는 잘 보이지 않았다면 빛은 한 가지 방향만을 가진 전자기파라고 할 수 있다. 

그러나 그냥 편광 선글라스를 돌리는 것 만으로는 빛의 명도는 변하지 않는다. 즉, 빛은 전 회전방향의 진동을 가진 전자기파라고 할 수 있다.

그러나 한 번 편광 선글라스를 거친 빛에 한 번 더 편광 선글라스를 갖다 댄다면 특정한 방향에서만 빛을 관측할 수 있다.

바로 빛이 하나의 방향만 가진 전자기파로 분화된 것이다.

위에서는 빛이 여러 회전방향의 전자기파가 합쳐졌다는 것을 증명했지만, 아직 여러 주파수를 가지고 있다는 것은 증명하지 않았다. 여기에서 굴절율이 중요하게 사용된다.

굴절율은 매질의 기본 성질인 통자율(자기를 통과시키는 비율)과 유전율(전기를 통과시키는 비율)에 따라 달라지는데,이 통자율과 유전율은 온도와 밀도의 영향을 받아 변화하는 값이다.

내가 찾아볼 수 있는 자료로는 이 유전율과 통자율로 인해 굴절율이 변하게 되며,매질간 굴절율의 차이는 광속을 변화시키는 원인이 된다는 것이다. 그리고 이 광속의 변화율이 바로 각도의 변화와 선형적인 관계를 가진다.

스넬의 법칙에 따르면 빛은 굴절율에 따라 , 속도 뿐만 아니라 파장도 변한다. 공식이 기억이 안나서 찾아보았다.

빛의 속력 (빛의 속도에서 넘어옴)빛의 속력...

맥스웰의 법칙..

이름 "미시적" 형태 "거시적" 형태 전기장에 대한 가우스 법칙 ∇ ? E = ρ ε 0 {displaystyle nabla cdot mathbf {E} ={frac {rho }{varepsilon _{0}}}} ∇ ? D = ρ f {displaystyle nabla cdot mathbf {D} =rho _{f}} 자기장에 대한 가우스 법칙 ∇ ? B = 0 {displaystyle nabla cdot mathbf {B} =0} 맥스웰-패러데이 방정식
(패러데이의 유도법칙) ∇ × E = ? ∂ B ∂ t {displaystyle nabla times mathbf {E} =-{frac {partial mathbf {B} }{partial t}}} 앙페르의 법칙
(맥스웰의 수정이 포함된 형태) ∇ × B = μ 0 J + μ 0 ε 0 ∂ E ∂ t   {displaystyle nabla times mathbf {B} =mu _{0}mathbf {J} +mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial mathbf {E} }{partial t}} }

∇ × H = J f + ∂ D ∂ t {displaystyle nabla times mathbf {H} =mathbf {J} _{f}+{frac {partial mathbf {D} }{partial t}}}   

이렇게 공식과 계산으로 증명하고 기억해두면 누구나 잘 이해되고 쉽게 해석된다.

      이상..   끝..