빛의 속도 (광속)

사진 출처 : sbs

 요즘 이런 말이 유행한다. “빛의 속도로 ~한다.” 아주 빠름을 과장해서 표현한 말이다. 그렇다. 이 세상에 빛보다 빠른 것은 없다.

(사실 빛의 '속력'이라고해야 정확하지 않은가 싶다. 속도와 속력은 분명 다르다. 속도와 속력의 혼동은 한자, 번역 등의 산물이 아닐까? 이하로는 속편히 광속이라고 쓰겠다.)

 광속은 약 300,000,000 m/s이다. 정확하게는 299,792,458 m/s 이다. 자연상수로서, c라고 표현한다. 우리가 익히 알고 있는 식, 의 c도 광속이다. 빛은 워낙 빨라, 고대에는 광속이 무한하다고 생각했다. 과학이 발전하면서 어렴풋이 '광속은 유한하다'는 사실을 깨달았고, 1600년대, 광속을 측정하려던 사람이 있었다. 바로 갈릴레이이다. '산의 봉우리와 다른 산봉우리에 올라서 사이의 거리를 알고, 시간을 알면 속력을 구할 수 있지 않을까'라는 생각을 했다. 그 방법으로 1초에 299,792,458 m를 이동하는 빛을 무슨 수로 측정할 수 있었겠는가. 당연히 실패했다.

 1676년, 뢰메르는 태양, 목성, 지구 공전을 이용해서 광속을 계산해냈다. 약 200,000,000 m/s, 오차가 굉장히 크다. 하지만, 당시 공전 궤도가 부정확 했던 점을 감안해야한다. 큰 오차로 뢰메르의 계산이 무가치하다고 말하기는 힘들 것이다.

 광속을 이야기 할 때 빼놓을 수 없는 것이 있다. '광속 불변의 원리' 이다. 유명한 일화가 있다. 아이슈타인은 어린 시절, '빛과 같은 속도로 달리면서 거울을 보면 어떨까?'라는 의문을 가지게 되었고, 맥스웰(맥스웰에 대해서는 훗날 서술하겠다.)을 접하면서 천재성을 발휘한다. 결론은 '빛은 기준이 어떻든 일정하다' 이다. 빛과 같은 방향이든 반대 방향이든 광속은 일정하다는 것이다. 상대성 이론의 태동이다.

 이때까지 이야기한 광속은 진공에서의 광속이다. 필자는 왜 굳이 진공이라는 점을 상기시킨 것일까? 그렇다. 진공이 아니라면, 빛은 느리게 진행한다. '공기'라는 매질을 이동하고 있다면 약 99.97%로 느려진다. 물에서는 더욱 느려진다. 약 75%로 진행하고, 유리는 종류에 따라 다르지만 대략 60%로 진행한다. 이에 대한 자세한 설명은 굴절률을 포스팅할 때를 기약하고, 광속의 이야기도 여기서 마무리 하겠다.