과학기술9 - 푸코 이전의 광속 측정의 역사

#푸코 이전의 광속 측정 역사

* 광속: 빛의 속도. c로 표기. 진공 중에서 299,792,458m/s

    - 빛을 내는 물체나 관측자의 운동에 관계없이 일정하며 정보가 전달될 수 있는 가장 큰 속도

    § 진공이 아닌 매질을 지날 경우, 배질의 굴절률에 의해 그 값이 작아질 수 있음

https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082&s_hcd=0022&key=201810191646157378

https://youtu.be/oY7bseAnxlo

 - 인하대 물리 강의

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B9%9B%EC%9D%98_%EC%86%8D%EB%A0%A5

1. 엠페도클레스

  - 빛이 유한한 속도를 가진다고 주장. 엠페도클레스는 시각은 눈이 뿜어내는 불이나 빛이 대상을 더듬어 발생한다고 생각함. 여기에 더해 빛이 순식간에 지구와 그 둘레 사이를 운행한다고 주장함

   * 『감각의 역사』(2019), 진중권 참고

2. 뢰머의 빛의 속도 측정

 - 빛의 속력은 인지하고 처음으로 그 수치를 구하는 데에 성공함

 - 목성의 위성인 ‘이오’가 목성의 그림자에 가리는 때(식)에 지구가 공전궤도에서 가까이 있을 때와 멀리 있을 때 사이에 시간차이가 발생함을 관측함.(가까이 있을 때가 멀리 있을 때보다 22분 빠름.

 즉, ‘이오’가 목성을 공전하는 주기는 약 42.5시간이며, 지구와 목성의 상대적인 위치가 가까울 때와 멀 때 사이에 시간 차이가 발생함

 = 지구와 목성이 가장 가까울 때가 지구와 목성이 가장 멀 때에 비해 22분 일식이 빠름

  ∴ 22분 차이는 빛이 지구의 고전 궤도의 지름에 해당하는 거리를 통과하는 데에 걸리는 시간

    → 빛의 속도는 유한하며, 그 값은 약 21만km/s

https://ko.wikipedia.org/wiki/올레_뢰머

http://nownews.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20160812601005

 ☆ 2018 수능대비 EBS 수능특강 과학04 지문 참조

3. 제임스 브래들리의 광행차

 - 광행차: 관측자의 운동에 의해 천체의 겉보기 위치가 영향을 받는 현상. 즉, 지구의 자전, 공전 운동 때문에 천체의 겉보기 위치가 실제 위치와 차이가 생기는 현상. 

https://www.scienceall.com/%EA%B4%91%ED%96%89%EC%B0%A8aberration/

 △ 하늘에서 내리는 빗방울을 긴 관에 담는다고 가정했을 때, 관 벽에 닿지 않고 바닥으로 바로 닿게 하기 위해선 직각으로 세워야 함.(빗방울이 수직으로 내려오므로) 그런데 만약 내가 이동하면서 빗방울을 똑같이 벽에 닿지 않고 바닥으로 받으려면 관을 약간 기울여야 한다. 빗방울은 수직으로 내려오는데, 내가 이동하고 있기 때문에 관 안의 빗방울이 바닥에 닿기 전에 관이 이동하기 때문

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5753186&cid=62801&categoryId=62801

 ※ 브래들리는 바로 이 광행차를 토대로 해서 빛의 속도를 계산함. 즉, 지구가 자전, 공전으로 인해 계속 움직이고 있으므로, 망원경을 기울여 벽에 닿지 않고 바로 빛이 도착하는 각도를 측정함. 시간 간격(6개월)을 두고 태양 빛을 측정하면, 그 각도의 변화를 알 수 있고, 이미 알려진 태양과 지구와의 거리를 토대로 빛의 속도를 측정하는 것이 가능함.

 ☆2018 수능대비 EBS 수능특강 과학04 지문 참조

4. 이폴리트 피조의 톱니바퀴 실험

http://navercast.naver.com/science/documentary/7300

 - 피조의 톱니바퀴 실험을 재구성한 광속 측정 장치

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1271096&cid=40942&categoryId=32238

- 전구(광원)에서 나온 빛이 반투명 거울로 향하고, 이 반투명 거울에서 빛은 톱니바퀴의 테두리로 향함. 바퀴 가장자리에는 약 720개의 톱니가 있는데, 그 중 한 틈을 통과한 빛이 두 번째 거울에서 반사되어 동일한 경로를 따라 바퀴로 되돌아오고 역시 한 틈을 통과해서 거울에 반사된 후, 이 반사된 빛이 관측자에게 들어옴.

  ※ 빛은 톱니를 통과해야 눈에 보임. 톱니가 안 움직이거나 천천히 움직일 경우 빛이 톱니를 통과하게 되어 밝게 보이지만, 톱니에 부딪힌 경우 빛의 세기가 줄고 톱니가 매우 빠르게 회전할 경우에는 아예 보이지 않게 됨. 따라서 톱니바퀴의 틈의 수와 바퀴의 회전 속력, 빛의 경로 길이 등을 토대로 빛의 속력을 구하는 것이 가능함.