빛
1. 개요
光 / Light
가시광선 영역의 전자기파를 일상적으로 부르는 말이다.
일상에서 빛은 가시광선만을 의미하지만, 물리학에서 빛은 전자기파 그 자체를 의미한다. 예컨대 광속이라는 말을 일반인들은 가시광선의 속도로 이해하지만, 물리학자들은 전자기파의 속도로 받아들인다.
2. 어형
한국어 '빛'은 '비추다'/'비치다'의 어근과 관련이 있다. 오늘날에 '빛다'는 없지만 과거에는 '신-신다'류의 영변화이었을 수도 있다. 옻, 살갗, 및 등 ㅊ 받침을 포함한 몇 안 되는 단어 중 하나이다. 단독형에서 '빗', '빚'과 동음이의어이다.
일본어 ひかり 역시 '빛나다'를 의미하는 光る(ひかる)의 명사형[2]이다. 다만 동사 활용형이 아닌 경우 光라고 오쿠리가나를 쓰지 않는 것이 원칙이다.
3. 파장에 따른 분류
전자기파의 파장(wavelength)과 주파수(frequency)는 반비례하여, 감마선은 파장이 가장 짧지만, 초당 진동수는 가장 크다. 색깔별로 파장이 다른데, 보라색이 파장이 가장 짧고, 빨간색이 파장이 가장 길다. 그래서 빨간색 계열을 장파장, 보라색 계열을 단파장이라 하고 중간 부분인 초록색 계열은 중파장이라고 한다.
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일상적으로 말하는 빛, 즉 가시광선은 400nm에서 700nm 정도에 이르는 파장을 가진다. 전자기파 전체의 범위를 감안할 때 가시광선이 차지하는 비중은 매우 작다. 빛은 진공에서 초당 299,792,458m를 진행하며, 이는 1초에 지구 둘레의 일곱 바퀴 반을 도는 속도이다. 이러한 빛의 속도로는 태양에서부터 지구까지 약 8분이 걸린다. 음속보다 881742배 가량 빠른셈. 또한 빛이 1년 동안 이동하는 거리를 광년(light year)이라 한다. 1광년은 9,454,254,955,488,000m에 해당한다.
빛을 분산굴절시키면 색상이 파장에 따라 분산되어 나오는 것을 볼 수 있다. 자연현상 중의 하나인 무지개가 여기에 해당된다. 프리즘을 이용하면 같은 원리로 빛을 분산굴절시킬 수 있고, 인공 무지개가 만들어지는 것도 볼 수 있다.
이 영역에서 벗어나는 빛은 파장이 긴 쪽은 적외선, 짧은 쪽은 자외선으로 부른다.
4. 성질
빛의 연구는 고전 뉴턴 물리학에서 현대 물리학으로 넘어가는 중요한 과정이다. 뉴턴도 빛에 대해 여러 고민을 해 보았고, '빛은 입자이며 매우 작은 질량을 가져 측정할 수 없다' 라는 결론을 내린다. 그러나 이것으로는 빛의 회절현상을 설명할 수 없다는 것을 본인도 알고 있었기에 자신의 의견과 그 약점 모두를 프린키피아에 실었다.
4.1. 질량
빛은 광자로 구성되며 광자의 정지질량은 0이다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에서 볼 수 있듯이 물체의 상대론적 에너지는
이며, 로렌츠 인자는 {{{#!wiki style="margin:0 auto;display:table"
$$\gamma\equiv \frac{1}{\sqrt{1 - {v^2\over c^2}}} =\frac{1}{\sqrt{1 -\beta^2}} =\frac{dt}{d\tau}$$}}}로 정의된다. 물체의 속도가 광속에 근접하면 로렌츠 인자는 무한대로 발산하기 때문에 질량을 가진 물체가 빛의 속도로 움직이면 물체의 에너지는 무한대가 된다. 광자는 정지 질량이 0이기에 빛의 속도로 이동할 수 있는 것이다. 0이 아닌 실수 질량값의 물체는 빛의 속도에 도달하거나 넘어서는 것이 불가능하다. 4.2. 파동성과 입자성
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빛은 입자성과 파동성을 모두 지니고 있다. 빛의 입자성에 대해서는 광전효과를 참조하고, 파동성에 대해서는 이중 슬릿 실험을 참조하자.
우주에서는 매질이 없기에 파동 같은 에너지는 전달될 수 없다. 그래서 처음엔 입자설이 정설로 받아들여졌지만, 토마스 영의 이중 슬릿 실험을 통해서 이중 슬릿에 단색광을 쐈을 때, 두 줄이 명확하게 그려지는 것이 아닌, 파동의 간섭현상이 나타났다. 그래서 한동안 빛이 파동이라고 정의되었으나 여전히 매질이 없는 진공상태 등에 있을 때의 성질은 설명할 수가 없었고, 그로 인해서 빛의 성질을 놓고 갑론을박이 오가던 중에 아인슈타인에 의해 빛의 이중성이 증명되어 정설로 받아들여졌다. 물질파 가설의 등장에도 매우 큰 영향을 끼쳤다.
양자역학의 해석에 따르면 실상은 모든 물질이 파동성과 입자성을 갖고 있으며, 관찰[3]이나 상호작용 등의 용어가 이를 설명하기 위해 동원된다. 자세한 것은 해당 문서를 참고할 것.
4.3. 빛의 속력
'''진공에서''' 299,792,458 m/s. '''지금까지 발견된 것들 중 가장 빠르다.''' 또한 빛의 속도는 모든 관성계에서 일정하다.[4] 자세한 내용은 특수 상대성 이론 참조. 이 특성을 이용해 본래 지구의 둘레를 바탕으로 정의되었던 1m를 광속으로 재정의하였다.
지금처럼 팽창되기 전의 초기 우주의 공간을 나아가는 빛의 속도가 현재보다 더 빨랐을 것이라는 이론이 제시되었다.#
4.4. 밝기
지구에서 볼 수 있는 빛 중에서 가장 강한 빛은 태양으로부터 나오는 빛이다. 하루 중 태양광이 비치는 시간대를 낮이라고 하고, 그렇지 않은 시간대를 밤이라고 부를 정도. 이는 태양이 우주에서 제일 밝은 별이기 때문인 것은 당연히 아니고, 태양이 지구에서 가장 가까운 항성이기 때문이다.
밤하늘의 별빛은 여러 이유로[5] 약해 보여서 인간 문명이 만든 빛에도 묻혀 잘 보이지 않는다. 육안으로 보일 만한 별들의 실제 밝기는 태양보다 훨씬 밝다. 단, 샛별같은 예외는 제외.[6]
5. 관념
주로 선이나 진리, 행운, 아름다움 등 좋은 이미지를 지닌다. 흔히 신이나 천사, 선한 것 혹은 우월한 것이 이 속성과 상관된 경우가 많다. 최고의 도덕성을 가리키는 말이기도 하고[7], 흔히 미인을 가리키는 말 중에 '빛이 난다'는 말이 있는 것만 봐도 알 수 있다. 상반되는 개념으로는 어둠. 덤으로 빛이 무조건 선하다는 법이 없고 빛이 가진 안 좋은 면을 뜻할 때 이를 그림자라고 일컫기도 한다. 그 밖에 광학 관련 능력으로 등장하는 경우도 있다.
빛이 좋은 것으로 묘사되는 까닭은 사람의 본능과도 상관있다. 사람이라는 생물은 밤에는 눈에 보이지 않는 야생 동물이나 자연 재해 등의 위험에서 자신을 적절하게 지키는 것이 어렵지만, 낮에는 사물을 분명하게 식별하고 위험을 쉽게 간파할 수 있게 된다. 그래서 빛을 선(善)으로 보게 된다.
별빛은 너무 약해 무슨 강한 힘을 쓰거나 하는 존재감은 별로 보여주지 않고 동화 같은 분위기를 만들어내거나 정신적 일깨움을 주는 정도로 그려진다.
5.1. 예외
단, 동전에도 양면이 있듯 모든 빛이 다 좋게만 묘사되지는 않는다. 햇빛은 거의 모든 문화권에서 상당히 좋게 묘사되지만, 일부 유럽어권에서 달빛은 그 반대로 오히려 안 좋게 묘사되곤 한다. 언데드 괴물들이나 살인마가 달빛에 따라 활동하고, 짐승인간인 늑대인간이 달빛을 보고 각성하는 등, 주로 광기(狂氣)와 연관되곤 한다. 영단어 Lunatic도 미치광이를 의미하는 단어지만, 원형은 라틴어 Luna(달)의 파생으로 달빛과 연관된다. 유럽권이라해서 무조건 달빛을 부정적으로 보는 것은 아니고, 낭만의 상징이나 그리스 신화에서 드러나듯이 해와 버금가는 절대적 존재의 상징으로 묘사되기도 한다.
창작물에서도 오히려 어둠을 배경으로 두는 작품(바요네타 등)에서는 빛과 관련된 세력이 적대 세력으로 등장하고는 한다.
6. 매체 묘사
밀리터리 쪽으로 가면 가지고 있던 손전등의 빛으로 적을 당황하게 만들고 제압한다는 묘사가 많이 나오는데, 실제로도 유용한 방법이다. 총기 악세사리로 자주 쓰는 슈어파이어는 시야 확보는 물론 이런 효과도 염두에 두고 있어서 미칠듯이 밝다. 이런 빛의 공격성에 극도의 소음을 추가한 것이 모두가 익히 아는 섬광탄. (단, 등장 시기는 섬광탄 쪽이 조금 더 먼저이다)
호러 분위기의 영상매체에서는 필히 줄여야 하는 존재이다. 다만 빛이 너무 없으면 진행이 너무 팍팍해지고, 반대로 빛이 너무 많으면 호러 분위기가 대폭 죽으므로 빛의 양을 잘 조절하는 것이 호러 연출법의 기본 수칙이다. 이외에도 빛이 없는 상황은 불안함과 공포를 유발하기 딱 좋아서 그런지 한창 밝을 땐 아무 일도 없다가 어두워지는 순간 숨었던 어둠의 습격자들이 들고일어나 희생자를 습격하는 것은 오래된 연출 기법 중 하나이다. CG기법에서도 밝은 장소보다 어두운 장소에서 CG작업이 더 표현이 쉽고 티도 잘 안 난다. 때문에 초기 영화 등은 대개 CG장면이 야간이거나 어두운 공간을 배경으로 삼은 경우가 많다.