뉴턴과 프리즘 실험

사진출처 : zum

 비가 온 뒤, 무지개는 한 번 쯤은 봤을 것이다. 무지개는 빨간색부터 보라색까지의 색을 가진다. 왜, 어떻게 생기는지 미지의 영역이었다. 그런데 뉴턴이 그 해답을 찾았다.

 17세기 뉴턴은 프리즘을 이용해서 햇빛을 비춰보았다.

(망원경의 개량때문에 했던 실험이라고 한다. 이런 일화들은 팩트인지 아닌지 모른다만, 망원경 개량에 큰 역할을 했다는 것은 확실하다.) 햇빛의 백색은 무지개 색들(다른 단색광들)의 혼합물임을 알게되었다. 당시, 색이란 '백색에서 변하는 것'이 정설이었다. 때문에 뉴턴의 프리즘 실험은 큰 의미를 가졌다. 뉴턴은 빨강색 주황색 노란색 초록색... 그 색의 배열을 스펙트럼이라고 이름 붙였다. 라틴어로 유령을 뜻한다고 한다. 

사진 출처 : EBS

 (덧붙이자면, 뉴턴은 프리즘을 2개 이용해서도 실험했다. 

1. 백색을 단색으로 나눈다. 

2. 그 단색을 다시 좁은 틈으로 통과시킨다. 

3. 그 단색을 다른 프리즘으로 통과시켜서 본다. 

결과, 단색들은 더 나누어지지 않고 굴절된다.)

 이 현상의 이유는 '파장별 굴절률'이다. 굴절률은 한 가지 값만 가지고 있는 것이 아니다. 앞선 굴절률 포스팅에서도 한번 언급했다. 광학 매질 제조사에 매질의 굴절률 데이터를 요구하면 값을 하나만 주지 않는다. 빨강 주황 노랑 초록 등 파장별 굴절률을 준다. 데이터를 보면 조금씩 차이가 난다. 이 차이가 무지개, 프리즘의 스펙트럼을 만든다. 이때 유의할 점이 있다. 매질과 굴절률 간에 일정하게 반비례하는 것은 아니다. 유명한 광학매질들의 굴절률을 검색해보면 금방 알 수 있을 것이다. 그래프가 널을 뛴다. 광학 설계부분에서도 이 점을 유의해야한다. 순진(?)하게 광선으로 계산했다가 회사에 큰 손해를 끼칠 수 있다. (추가로 광선은 이상적이다. 광선의 이상(理想)성은 훗날에 설명하겠다.)

 이 발견을 하고 난 150년 쯤 뒤, 스펙트럼 부분에서 대단한 발견을 한다. 그 주인공은 허셜이다. 허셜의 이야기는 훗날 포스팅으로 미루면서 이번 이야기를 끝내겠다. (대체 미룬 포스팅이 몇 가지인가...!)