과학자들은 빛으로 빛을 가려서 그림자를 만들었습니다.

 

 

 

빛에도 그림자가 있을까요?

 

이에 대한 답은 쉽게 상상해 볼 수 있을 겁니다.

 

대낮에 손전등을 켜도, 손전등 빛의 그림자는 절대로 만들어지지 않죠.

 

그림자는 빛이 불투명한 물체를 만나면서 생기는 어두운 영역이기 때문입니다.

 

즉, 빛은 그림자가 없다고 할 수 있습니다.

 

그런데 최근 과학자들은 빛으로 빛을 가려서 그림자를 만드는데 성공했다고 하는데요.

 

과연 과학자들은 빛의 그림자를 어떻게 만들었다는 걸까요? 

 

이번 연구는 미국 광학회 2024년 11월자에 게재되었습니다.

 

 

 

 

 

정확히 그림자란 무엇일까요?

 

질량을 가진 물체에 의해 빛이 차단되어 만들어지는 어두운 영역을 말합니다.

 

그렇다면 빛은 질량이 있을까요? 일반적으로 빛은 질량이 없습니다.

 

또한 빛은 형태가 존재하지 않는 전자기파, 즉 파동이라고 할 수 있죠.

 

그래서 빛은 아무리 겹쳐져도, 그대로 통과되어 그림자가 만들어지지 않습니다.

 

 

 

 

 

 

하지만 빛이 다른 빛에게 영향을 줄 수 있다는 기존의 이론은 있는데요.

 

빛이 어떠한 물질의 원자에게 먼저 영향을 주고, 그 원자가 다른 빛에 영향을 줄 수는 있습니다.

 

이는 '뤼드베리 원자'로 이루어진 환경 내에서 실제로 입증이 되기도 했었죠.

 

또한 이중슬릿 실험에서는 1개의 광자가 2개의 슬릿을 동시에 통과하게 됩니다.

 

이 때, 슬릿을 통과하는 광자들은 서로 간섭을 일으켜 뒤 쪽 스크린에 특정 패턴을 만들기도 하죠.

 

즉, 양자 역학 실험에서는 광자들이, 서로 간섭하는 현상이 관측되고 있다는 겁니다.

 

 

 

이중슬릿 실험 간섭 무늬

 

 

 

 

그래서 과학자들은 이러한 양자 역학적 특성을 이용해서, 빛의 그림자를 만들어 보기로 했는데요.

 

이번 실험을 위해서 과학자들은 '루비'라는 보석을 준비했습니다.

 

그리고 이 루비를 향해서 청색과 녹색의 레이저를 동시에 발사했죠.

 

그러자 청색 레이저의 빛이 녹색 레이저의 빛에 의해 서서히 가려지는 현상이 나타났는데요.

 

그 결과, 청색 레이저의 반대편 쪽에 설치된 스크린에, 그림자가 형성되기 시작했습니다.

 

검증을 위해 과학자들은 녹색 레이저를 옆 쪽으로 움직여 보기도 보기도 했습니다.

 

그러자 스크린에 만들어진 그림자도 똑같이 이동되는 모습이 관찰이 되었죠.

 

이것은 틀림없는 녹색 레이저 빛에 가려진 청색 레이저 빛의 그림자였습니다.

 

 

청색 빛은 녹색 빛에 가려저 그림자를 만들어낸다.

 

 

 

 

빛의 그림자가 만들어질 수 있었던 이유는, 바로 루비라는 매체 덕분이었는데요.

 

일반적으로 빛이 서로 겹쳐지게 되면, 빛이 다른 빛을 흡수해서 더 밝아지게 됩니다.

 

하지만 루비의 안쪽에서는, 루비의 특성때문에 빛들이 다르게 작용하게 됩니다.

 

실험에서는 청색 레이저와 녹색 레이저가 동시에 루비의 내부로 들어오게 되었습니다.

 

이 때, 루비 내부의 전자들은 먼저 녹색 레이저로 부터 높은 에너지를 얻게 되었는데요.

 

이는 실험에 이용된 루비가 녹색 파장의 빛에 더 민감하게 반응했기 때문입니다.

 

이렇게 높은 에너지로 충전된 전자들은, 청색 레이저의 빛을 흡수하기 시작했습니다.

 

결국 청색 레이저는 녹색 레이저에 의해 흡수되면서, 가려지는 결과로 이어지게 된거죠.

 

즉, 녹색 레이저는 마치 장벽처럼 작용했고, 파란 레이저는 이 장벽에 가려진 꼴이 된 겁니다.

 

 

 

 

 

 

이러한 과정에 의해 빛의 그림자가 생기게 되었으며, 이 그림자의 농도는 22% 달했습니다.

 

이 수치는 화창한 날씨에 나무에서 만들어지는 그늘과 비슷한 수치라고 할 수 있는데요.

 

수치상으로 봐도 빛이 빛을 가려서 만들어내는, 분명한 빛의 그림자였습니다.

 

 

그동안 불투명한 물체에서만 일어나는 것으로 알려져 있었던 그림자.

 

하지만 적절한 조건이 갖춰진다면, 빛에서도 그림자가 생길 수 있었습니다.

 

즉, 빛이 빛을 가려서 빛의 그림자가 만들어질 수도 있다는 겁니다.

 

이번 실험은 그림자에 대한 우리의 이해를, 완전히 바꾸어 놓았는데요.

 

이는 미래에 빛으로 빛을 제어하는 기술의 탄생으로 이어지게 될 수 있을 겁니다.

 

 

 

 

2024.11.22 - [자연・우주] - [실제촬영] 역사상 가장 가까이서 촬영된 태양의 표면 사진

[실제촬영] 역사상 가장 가까이서 촬영된 태양의 표면 사진

2024.11.12 - [지구・ 생명] - [석유의 진실] 석유는 절대로 고갈되지 않습니다.

[석유의 진실] 석유는 절대로 고갈되지 않습니다.