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Light
한 줄기 하얀 빛을 발산하는 삼각형 프리즘.긴 파장(빨간색)과 짧은 파장(파란색)이 분리된다.

또는 가시광선사람의 눈으로 감지되는 전자기 스펙트럼의 일부 내의 전자기 방사선이다.[1]가시광선은 보통 적외선(파장 길이가 긴 경우)과 자외선(파장 길이가 짧은 경우) 사이에 750-420 테라헤르츠주파수에 해당하는 400~700나노미터(nm)의 파장을 갖는 것으로 정의된다.[2][3]

물리학에서 "빛"이라는 용어는 가시적이든 아니든 어떤 파장의 전자기 방사선을 보다 광범위하게 지칭할 수 있다.[4][5]이런 의미에서 감마선, X선, 전자레인지, 전파도 가볍다.빛의 주요 특성은 강도, 전파 방향, 주파수 또는 파장 스펙트럼, 양극화 등이다.진공상태에서 그것의 속도는 초당 2992,792 458미터로 자연의 근본적인 상수 중 하나이다.[6]모든 유형의 전자기 방사선과 마찬가지로 가시광선은 전자기장의 퀀타나타내는 광자라 불리는 질량이 없는 기초 입자에 의해 전파되며, 파동과 입자로 모두 분석할 수 있다.광학이라고 알려진 빛에 대한 연구는 현대 물리학의 중요한 연구 영역이다.

지구의 주요 광원은 태양이다.역사적으로 인간에게 있어 또 다른 중요한 광원은 고대 캠프파이어에서 현대의 등유 램프에 이르기까지 이었다.전등전력 시스템의 발달로, 전등은 효과적으로 전등을 대체했다.

전자기 스펙트럼 및 가시광선

가시적인 부분이 강조 표시된 전자파 스펙트럼

일반적으로 전자기 방사선(EMR)은 파장별로 전파, 전자파, 적외선, 우리가 빛, 자외선, X선, 감마선으로 인식하는 가시 스펙트럼으로 분류된다."방사선"이라는 명칭은 정전기, 자기장근거리장을 제외한다.

EMR의 동작은 그 파장에 달려 있다.주파수가 높을수록 파장이 짧고 주파수가 낮을수록 파장이 길다.EMR이 단일 원자와 분자와 상호작용할 때, 그 행동은 그것이 운반하는 양자당 에너지의 양에 따라 달라진다.

가시광선 영역의 EMR은 분자 내 전자적 전류를 유발할 수 있는 에너지 하단에 있는 퀀타(광자라 함)로 구성되며, 이는 분자의 결합이나 화학에 변화를 초래한다.가시광선 스펙트럼의 아래쪽 끝에서 EMR은 인간 망막의 시각 분자 망막에 지속적인 분자 변화(순응 변화)를 일으킬 수 있는 충분한 개별 에너지를 더 이상 가지고 있지 않기 때문에 인간(적외선)에게 보이지 않게 되고, 그 변화는 시력의 감각을 촉발시킨다.

다양한 종류의 적외선에 민감하지만 양자 흡수를 통해 민감하지 않은 동물이 존재한다.뱀에서 적외선을 감지하는 것은 적외선 방사선에 의해 세포의 작은 물 뭉치가 온도에서 상승되는 자연 열 이미징의 종류에 달려 있다.이 범위의 EMR은 분자 진동과 가열 효과를 유발하며, 이것이 이 동물들이 그것을 감지하는 방법이다.

가시광선 범위 이상에서는 자외선이 사람에게 보이지 않게 되는데, 주로 360nm 이하의 각막과 400nm 이하의 내부 렌즈에 흡수되기 때문이다.더욱이 사람의 눈의 망막에 위치한 원추들은 매우 짧은 (360nm 이하) 자외선 파장을 감지하지 못하고 사실상 자외선에 의해 손상된다.렌즈를 필요로 하지 않는 눈을 가진 많은 동물들은 양자 광자 흡수 메커니즘에 의해 인간이 가시광선을 감지하는 것과 거의 같은 화학적 방법으로 자외선을 감지할 수 있다.

다양한 출처에서 가시광선을 420–680 nm에서[7][8] 380–800 nm로 좁게 정의한다.[9][10]이상적인 실험실 조건에서, 사람들은 최소 1,050 nm까지 적외선을 볼 수 있다;[11] 어린이와 청소년들은 약 310–313 nm까지 자외선 파장을 감지할 수 있다.[12][13][14]

식물의 성장은 광형생성(photomorphogenesis)이라고 알려진 과정인 빛의 색 스펙트럼에 의해서도 영향을 받는다.

Linear visible spectrum.svg

빛의 속도

시칠리아 폰다첼리판티나에 있는 로카 일라비수 공동 안쪽에 있는 태양 광선

진공에서 빛의 속도는 정확히 299 792 458m/s(초당 약 186,282마일)로 정의된다.SI 단위에서 빛의 속도의 고정값은 현재 미터(metre)가 빛의 속도에 따라 정의된다는 사실에서 비롯된다.모든 형태의 전자기 방사선은 진공에서 정확히 같은 속도로 움직인다.

서로 다른 물리학자들이 역사를 통해 빛의 속도를 측정하려고 시도해왔다.갈릴레오는 17세기에 빛의 속도를 측정하려고 시도했다.빛의 속도를 측정하기 위한 초기 실험은 1676년 덴마크 물리학자 올레 뢰머에 의해 수행되었다.뢰머는 망원경을 사용하여 목성과 목성의 위성 중 하나인 이오의 움직임을 관찰했다.그는 이오의 궤도의 겉보기 기간의 불일치를 지적하면서 빛이 지구 궤도의 지름을 가로지르는 데 약 22분이 걸린다고 계산했다.[15]그러나 그 크기는 당시에는 알려지지 않았다.뢰머가 지구 궤도의 지름을 알았다면 227,000m/s의 속도를 계산했을 것이다.

빛의 속도에 대한 또 다른 더 정확한 측정은 1849년 히폴리테 피조에 의해 유럽에서 수행되었다.[16]피조는 몇 킬로미터 떨어진 거울을 향해 한 줄기 빛을 비추었다.회전 톱니바퀴를 광원에서 거울로 이동한 후 원점으로 되돌아갈 때 광선의 경로에 놓았다.피조는 일정한 회전 속도로 빔이 나가는 길에는 바퀴의 한 틈, 돌아오는 길에는 다음 갭을 통과한다는 것을 알아냈다.피조는 거울까지의 거리, 바퀴의 톱니 수, 회전 속도를 알고 있었으므로 빛의 속도를 313 000 m/s로 계산할 수 있었다.

레온 푸코는 1862년에 회전 거울을 사용하여 298,000 m/s의[16] 값을 얻는 실험을 수행했다.앨버트 A. 미셸슨은 1877년부터 1931년 사망할 때까지 빛의 속도에 관한 실험을 했다.그는 1926년 윌슨 산에서 캘리포니아 산 안토니오 까지 왕복하는 데 빛이 걸리는 시간을 측정하기 위해 개선된 회전 거울을 사용하여 푸코의 방법을 다듬었다.정밀한 측정은 299 796 000 m/s의 속도를 나타냈다.[17]

일반 물질을 함유한 다양한 투명 물질에서 빛의 유효 속도는 진공 상태보다 적다.예를 들어, 물에서 빛의 속도는 진공에서 빛의 약 3/4이다.

두 개의 독립된 물리학 팀은 원소 루비듐 보세-아인슈타인 응축액을 통과시켜 "완전한 정지"에 빛을 비춘다고 하며, 하버드 대학교와 매사추세츠 캠브리지의 롤랜드 과학 연구소의 한 팀 그리고 또 다른 한 팀은 케임브리지에 있는 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터(Harvard-Smithsonian Center for Astropace)에서 빛을 비춘다.[18]그러나 이러한 실험에서 빛이 "멈춰져 있다"는 일반적인 설명은 단지 빛이 원자의 흥분된 상태에 저장되었다가 나중에 두 번째 레이저 펄스에 자극을 받아 임의로 다시 방출되는 것을 가리킨다.그 동안 그것은 "멈춤"을 췄었다.

광학

빛과 빛과 물질의 상호작용에 대한 연구는 광학이라고 불린다.무지개, 오로라 같은 광학 현상에 대한 관찰과 연구는 빛의 본질에 대한 많은 단서를 제공한다.

굴절

굴절 때문에 물에 담근 빨대가 구부러지고 얕은 각도에서 보면 눈금자가 압축된다.

굴절은 투명한 물질과 다른 물질 사이의 표면을 통과할 때 광선이 구부러지는 것이다.그것은 스넬의 법칙에 의해 설명된다.

여기서 θ은1 첫 번째 매질에서 광선과 표면 사이의 각도, θ은2 두 번째 매질에서 정상인 광선과 표면 사이의 각도, n과1 n은2 굴절의 지수, n = 진공에서 1, n > 1이다.

한 줄기의 빛이 진공과 다른 매체의 경계 또는 두 개의 다른 매체의 경계를 통과할 때 빛의 파장은 변하지만 주파수는 일정하게 유지된다.광선이 경계에 직교(또는 오히려 정상)하지 않으면 파장의 변화가 빔의 방향에 변화를 가져온다.이 방향의 변화는 굴절이라고 알려져 있다.

렌즈의 굴절 품질은 이미지의 겉보기 크기를 바꾸기 위해 빛을 조작하는 데 자주 사용된다.돋보기 안경, 안경, 콘택트 렌즈, 현미경, 굴절 망원경 등이 모두 이러한 조작의 예들이다.

광원

많은 광원이 있다.주어진 온도에서 신체는 흑체 방사선의 특성 스펙트럼을 방출한다.단순한 열원은 햇빛으로, 파장 단위로[19] 표시했을 때 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 태양크로마스피어가 방출하는 방사선이 약 6,000 켈빈(섭씨 5,730도, 화씨 10,340도)이며 지상에 도달하는 태양 에너지의 약 44%가 보인다.[20]또 다른 예로는 백열 전구가 있는데, 백열 전구는 에너지의 약 10%만 가시광선으로, 나머지는 적외선으로 방출한다.역사상 흔한 열광원은 화염 속의 빛나는 고체 입자들이지만, 이것들은 또한 적외선에서 대부분의 방사선을 방출하고 가시 스펙트럼에서는 극히 일부만 방출한다.

흑체 스펙트럼의 최고봉은 인간과 같은 비교적 시원한 물체를 위해 약 10마이크로미터 파장의 깊은 적외선 안에 있다.온도가 올라가면 피크는 더 짧은 파장으로 이동하며 처음에는 붉은 빛을, 다음에는 흰 빛을, 마지막으로 피크가 스펙트럼의 가시적인 부분을 벗어나 자외선으로 이동하면서 청백색을 띠게 된다.이 색깔들은 금속을 "빨간색 핫" 또는 "흰색 핫"으로 가열할 때 볼 수 있다.청백색 열 방출은 별(가스 불꽃이나 용접공의 횃불에서 흔히 볼 수 있는 순수한 청색 색상은 사실 분자 방출로 인한 것이며, 특히 CH산소(약 425nm의 파장 띠를 방출하여 별이나 순수 열복사에서는 볼 수 없다)를 제외하고는 자주 볼 수 없다.

원자는 독특한 에너지에서 빛을 방출하고 흡수한다.이것은 각 원자의 스펙트럼에서 "배출선"을 생성한다.발광 다이오드, 가스 방전 램프(네온 램프네온사인, 수은-증포 램프 등) 및 화염(온도가스 자체에서 나오는 빛—예를 들어 가스 불꽃의 나트륨특징적인 황색 빛을 방출한다.또한 레이저나 전자레인지 마저에서처럼 방출도 자극될 수 있다.

전자와 같은 자유 전하 입자의 감속은 가시방사선을 생성할 수 있다: 사이클로트론 방사선, 싱크로트론 방사선, 브렘스스트라흘룽 방사선이 그 예다.입자가 그 매질의 빛의 속도보다 빠르게 매체를 통과하면 눈에 보이는 체렌코프 방사선이 생성될 수 있다.특정 화학 물질은 화학 발광에 의해 가시적인 방사선을 생성한다.생물에서는 이 과정을 생물 발광이라고 부른다.예를 들어, 반딧불이는 이러한 수단으로 빛을 내고, 물을 통해 이동하는 배들은 빛나는 웨이크를 생성하는 플랑크톤을 방해할 수 있다.

어떤 물질들은 형광이라고 알려진 과정인 더 에너지 넘치는 방사선에 의해 조명될 때 빛을 낸다.어떤 물질들은 더 활기찬 방사선에 의해 흥분한 후에 천천히 빛을 방출한다.이것은 인광이라고 알려져 있다.인광물질은 아원자 입자를 퍼부어 흥분시킬 수도 있다.음극 발광이 한 예다.이 메커니즘은 브라운관 텔레비전컴퓨터 모니터에 사용된다.

화려한 인공조명으로 조명을 받는 홍콩.

특정한 다른 메커니즘은 빛을 발생시킬 수 있다:

빛의 개념이 매우 높은 에너지 광자(감마선)를 포함하도록 의도된 경우, 추가적인 생성 메커니즘은 다음을 포함한다.

측정

빛은 두 가지 주요 대체 단위로 측정된다: 방사선은 모든 파장에서 광력의 측정으로 구성되며, 광도계는 인간의 밝기 지각의 표준화된 모델에 따라 파장을 가중하여 빛을 측정한다.예를 들어, 광도계는 사람이 사용하도록 의도된 조명(조명)을 정량화하는 데 유용하다.

광도 측정 단위는 인간의 눈이 빛에 어떻게 반응하는지를 고려한다는 점에서 대부분의 물리적 단위 체계와는 다르다.인간의 눈에 있는 원추 세포는 가시 스펙트럼에 걸쳐 다르게 반응하는 세 가지 유형으로, 누적 반응은 약 555 nm의 파장에서 최고조에 이른다.따라서 가시광선의 동일한 강도(W/m2)를 생성하는 두 가지 광원은 반드시 동일하게 밝게 보이지 않는다.광도계 단위는 이를 고려하도록 설계되었으며 따라서 빛이 생강도보다 얼마나 "밝게" 보이는지를 더 잘 나타낸다.그것들은 발광 효과라고 불리는 양에 의한 원력과 관련되며 실내 및 실외 환경에서 다양한 작업에 대해 충분한 조명을 얻는 방법을 결정하는 것과 같은 목적을 위해 사용된다.광전지 센서에 의해 측정되는 조도는 반드시 사람의 눈으로 감지되는 것과 일치하지 않으며 비용이 많이 들 수 있는 필터가 없는 광전지 및 충전 결합 장치(CCD)는 적외선, 자외선 또는 두 가지 모두에 반응하는 경향이 있다.

경압

빛은 그 경로에 있는 물체에 물리적인 압력을 가하는데, 이것은 맥스웰의 방정식으로 추론할 수 있지만 빛의 입자성으로 더 쉽게 설명할 수 있는 현상이다: 광자가 부딪쳐 그 추진력을 전달한다.광압은 빛의 속도인 c로 나눈 광선의 힘과 같다. c의 크기 때문에, 광압의 효과는 일상의 물체로는 무시할 수 있다. 예를 들어, 1밀리와트 레이저 포인터는 조명이 들어오는 물체에 약 3.3피코네톤의 힘을 발휘하므로 레이저 포인터로 미국 페니를 들어올릴 수 있지만 그렇게 하려면 약 300억개의 1mW 레이저 포인터가 필요하다.[21] 단, 나노 전자기계 시스템(NEMS)과 같은 나노미터 척도 애플리케이션에서는 광압의 영향이 더 크고, 광압을 이용하여 NEMS 메커니즘을 구동하고 집적회로의 나노미터 척도 물리적 스위치를 플립하는 것이 연구의 활성 영역이다.[22]더 큰 규모에서, 가벼운 압력은 소행성들이 더 빨리 회전하도록 만들 수 있고,[23] 풍차의 베인처럼 불규칙한 모양에 따라 행동한다. 우주에서 우주선을 가속화할 수 있는 태양열 돛을 만들 가능성도 조사 중이다.[24][25]

크룩스 방사선계의 움직임은 원래 가벼운 압력에 기인했지만, 이 해석은 부정확하다. 특징적인 크룩스 회전은 부분적인 진공에서 기인한다.[26]이는 토크(마찰에 대해 완전 회전을 위해 충분하지 않지만)에 의해 발생하는(조명)모션이 직접 가벼운 압력에 의해 발생하는 니콜스 방사선계와 혼동해서는 안 된다.[27]경압의 결과로 1909년 아인슈타인[28] 물질의 움직임에 반대할 "방사선 마찰"의 존재를 예측했다.그는 "방사선이 양쪽 판에 압력을 가할 것"이라고 썼다.판이 정지해 있을 경우 양쪽에 가해지는 압력은 동일하다.그러나, 만약 그것이 움직인다면, 뒤 표면보다 더 많은 방사선이 운동 중 앞쪽(전면 표면) 표면에 반사될 것이다.따라서 전면 표면에 가해지는 압력의 역작용력은 후면에 작용하는 압력의 힘보다 크다.따라서, 두 힘의 결과로서, 판의 움직임에 대항하고 판의 속도에 따라 증가하는 힘이 남아 있다.우리는 이 결과물을 간단히 '방사선 마찰'이라고 부를 것이다."

보통 가벼운 운동량은 운동 방향과 일치한다.단, 예를 들어 전파의 경우 전파의 방향과 횡방향이다.[29]

빛에 대한 역사적 이론, 연대순

그리스와 헬레니즘

기원전 5세기에 엠페도클레스는 모든 것이 불, 공기, 지구, 물의 네 가지 원소로 이루어져 있다고 가정했다.그는 아프로디테가 네 가지 원소로 사람의 눈을 만들었고, 눈에서 밖으로 비추는 눈에 불을 붙여 시력을 낼 수 있다고 믿었다.만약 이것이 사실이라면, 낮뿐만 아니라 밤에도 볼 수 있을 것이다. 그래서 엠페도클레스는 눈에서 나오는 광선과 태양과 같은 근원에서 나오는 광선 사이의 상호작용을 가정했다.[30]

기원전 300년경에 유클리드Optica를 썼는데, 이 책에서 그는 빛의 성질을 연구했다.유클리드는 빛이 직선으로 이동한다고 가정하고 성찰의 법칙을 기술하고 수학적으로 연구했다.그는 그 광경은 눈에서 나오는 광선의 결과물이라고 의심했다. 왜냐하면 그는 만약 눈을 감으면 어떻게 즉시 별을 볼 수 있는지 물어본 다음 밤에 별을 열 수 있는지 물어봤기 때문이다.만약 눈에서 나오는 빔이 무한히 빠르게 움직인다면 이것은 문제가 되지 않는다.[31]

기원전 55년, 초기 그리스 원자론자들의 사상을 계승한 로마인 루크레티우스는 "태양의 빛과 열; 이것들은 분자 원자로 이루어져 있는데, 그것들은 밀쳐낼 때, 흙이 주는 방향으로 공기의 중간 공간을 바로 가로질러 쏘는데 시간을 낭비하지 않는다."고 썼다.후기 입자 이론과 유사함에도 불구하고 루크레티우스의 견해는 일반적으로 받아들여지지 않았다.프톨레마이오스(C. 2세기)는 그의 저서 '옵틱스(Optics)'[32]에서 빛의 굴절에 대해 썼다.

고전 인도

고대 인도에서는 AD 초기 세기부터 힌두교인 삼키야와 바이셰시카 학교들이 빛에 관한 이론을 발전시켰다.삼키야 학파에 따르면 빛은 총체적 원소가 나타나는 5대 기본적 '서브릿지(tanmatra)' 요소 중 하나이다.이들 원소의 원자성은 구체적으로 언급되지 않고 실제로 연속적으로 받아들여진 것으로 보인다.[33]반면 바이셰시카 학파는 에테르, 공간, 시간의 비원자적 토지에 대해 물리적인 세계의 원자 이론을 제시한다.(인도 원자주의를 참조하라.)기본 원자는 지구(prthivi), 물(pani), 불(agni), 공기(vayu)의 원자들로 광선은 테하스(fire) 원자의 높은 속도의 흐름으로 받아들여진다.빛의 입자는 테하스 원자의 속도와 배열도에 따라 다른 특성을 나타낼 수 있다.[citation needed]비슈누 푸라나는 햇빛을 "태양의 일곱 광선"[33]이라고 부른다.

5세기의 디그나가와 7세기의 다르마키르티와 같은 인도의 불교도들은 순간적으로 빛이나 에너지의 섬광인 원자 실체로 구성된 현실에 대한 철학인 원자주의의 한 유형을 발전시켰다.그들은 빛을 에너지와 동등한 원자 개체로 보았다.[33]

데카르트

르네 데카르트(1596년–1650년)는 빛이 발광체기계적 특성이라고 주장하면서 이븐 알 하이담위텔로의 "형식"과 베이컨, 그로세스테, 케플러의 "종식"을 거부하였다.[34]1637년 그는 빛이 덜 밀도가 높은 매체에서보다 더 밀도가 높은 매체에서 더 빨리 이동한다고 가정하는 빛의 굴절 이론을 발표했다.데카르트는 음파의 행동과 유추하여 이 결론에 도달했다.[citation needed]데카르트는 상대적인 속도에 대해서는 부정확했지만, 빛이 파도처럼 작용한다고 가정하고 다른 매체에서 빛의 속도에 의해 굴절이 설명될 수 있다는 결론에 있어서는 정확했다.

데카르트는 기계적 유사성을 처음 사용한 것은 아니지만 빛은 발광체와 전달 매체의 기계적 특성에 불과하다고 분명히 주장하기 때문에 데카르트의 빛 이론은 현대 물리 광학의 시발점으로 간주된다.[34]

입자 이론

원자론자인 피에르 가센디(1592–1655)는 1660년대에 사후에 발표된 빛의 입자 이론을 제안했다.아이작 뉴턴은 어린 나이에 가센디의 작품을 연구했고 데카르트의 플레넘 이론보다 그의 관점을 선호했다.그는 1675년 그의 '의 가설'에서 빛이 출처로부터 모든 방향으로 방출된 말뭉치(물질의 일부분)로 구성되어 있다고 진술했다.빛의 파동성에 반대하는 뉴턴의 주장 중 하나는 빛이 직선으로만 이동하는 동안 파도가 장애물을 중심으로 구부러지는 것으로 알려져 있다는 것이었다.그러나 그는 가벼운 입자가 에테르에 국부적인 파동을 일으킬 수 있다는 것을 허용함으로써 (프란체스코 그리말디가 관찰한) 빛의 회절 현상을 설명하였다.

뉴턴의 이론은 빛의 반사를 예측하는 데 사용될 수 있었지만, 중력이 더 크기 때문에 밀도가 높은 매체에 들어가면서 빛이 가속한다고 잘못 가정함으로써만 굴절을 설명할 수 있었다.뉴턴은 1704년의 옵틱스에 그의 이론의 최종 버전을 발표했다.그의 명성은 18세기 동안 빛의 입자가론을 지배하는 데 도움을 주었다.빛의 입자 이론은 라플레이스가 몸이 너무 거대해서 빛이 그 몸에서 빠져나갈 수 없다고 주장하게 만들었다.다시 말해, 그것은 지금 블랙홀이라고 불리는 것이 될 것이다.라플레이스는 빛의 파동 이론이 빛의 모델로 확고히 자리잡은 후(설명된 바와 같이, 입자나 파동 이론은 완전히 정확하지 않다) 그의 제안을 나중에 철회했다.뉴턴의 빛에 관한 에세이의 번역은 스티븐 호킹조지 F. R. 엘리스에 의해 우주 시간의 큰 규모의 구조에 나타난다.

빛이 양극화될 수 있다는 사실은 뉴턴이 입자 이론을 이용하여 처음으로 정성적으로 설명한 것이었다.1810년 에티엔-루이 말루스는 양극화의 수학적 입자 이론을 만들었다.1812년 장바티스트 비오트는 이 이론이 알려진 모든 빛 양극화 현상을 설명했다는 것을 보여주었다.당시 양극화는 입자 이론의 증거로 간주되었다.

파동 이론

의 기원을 설명하기 위해 로버트 후크(1635–1703)는 1665년 작품인 마이크로그래피아("관찰 IX")에서 "펄스 이론"을 개발하여 빛 확산을 물속의 파동 이론과 비교했다.1672년 후크는 빛의 진동이 전파 방향과 수직일 수 있다고 제안했다.Christiaan Huygens (1629–1695)는 1678년에 수학적 빛의 파동 이론을 고안했고, 1690년에 빛에 관한 논문에서 그것을 발표했다.그는 발광성 에테르라고 불리는 매질의 일련의 파동으로서 모든 방향에서 빛이 방출된다고 제안했다.파도는 중력의 영향을 받지 않기 때문에, 보다 밀도가 높은 매체로 들어가면서 속도가 느려진 것으로 추정되었다.[35]

회절을 보여주는 토머스 영의 이중 슬릿 실험 스케치.영의 실험은 빛이 파동으로 이루어진다는 이론을 뒷받침했다.

파동 이론은 광파가 음파처럼 서로 간섭할 수 있다고 예측했다(토머스 영이 1800년경 지적한 바 있다).영은 회절 실험을 통해 빛이 파도처럼 작용한다는 것을 보여주었다.그는 또한 다른 색깔들이 빛의 파장에 의해 발생한다고 제안했고 눈의 3색 수용체 측면에서 색시력을 설명했다.파도 이론의 또 다른 지지자는 레온하르트 오일러였다.그는 노바 이론에서 회절은 파동 이론에 의해 더 쉽게 설명될 수 있다고 주장했다.1816년 안드레 마리 암페르는 빛이 횡파라면 파동 이론으로 빛의 양극화를 설명할 수 있다는 생각을 아우구스틴 장 프레넬에게 주었다.[36]

이후 프레넬은 독자적으로 자신의 빛의 파동 이론을 고안해 1817년 아카데미에 데스 사이언스(Academie des Science에 발표하였다.시메온 데니스 포아송은 프레스넬의 수학적 연구에 파동 이론에 찬성하는 설득력 있는 주장을 만들어내면서 뉴턴의 분자 이론을 뒤엎는 데 도움을 주었다.[dubious ]1821년까지 프레스넬은 수학적 방법을 통해 빛이 세로 진동이 전혀 없이 완전히 횡방향일 경우에만 빛의 파동 이론으로 양극화가 설명될 수 있다는 것을 보여줄 수 있었다.[citation needed]

파동 이론의 약점은 음파와 마찬가지로 광파가 전달을 위한 매개체가 필요할 것이라는 점이었다.1678년 Huygens에 의해 제안된 가상의 진미성 에테르 물질의 존재는 19세기 후반 Michelson-Morley 실험에 의해 강한 의심에 던져졌다.

뉴턴의 분자 이론은 빛이 보다 밀도가 높은 매체에서 더 빠르게 이동할 것임을 암시하는 반면, Huygens 등의 파동 이론은 그 반대임을 암시했다.당시 빛의 속도는 어느 이론이 맞는지 판단할 수 있을 정도로 정확하게 측정할 수 없었다.충분히 정확한 측정을 한 첫번째는 1850년 레온 푸코였다.[37]그의 결과는 파동 이론을 지지했고 고전적인 입자 이론은 마침내 포기되었다가 20세기에 부분적으로 다시 나타났다.

전자기 이론

전자장을 나타내는 E와 자기장을 나타내는 수직 B를 갖는 X축에서 발생하는 선형 편광 전자파

1845년 마이클 패러데이는 광선이 투명유전체(telegentic)가 존재하는 자기장 방향을 따라 이동할 때 선형 편광의 양극화 평면이 회전한다는 것을 발견했는데, 이것은 현재 패러데이 회전이라고 알려진 효과다.[38]이것은 빛이 전자성과 관련이 있다는 첫 번째 증거였다.1846년에 그는 빛이 자기장 선을 따라 전파되는 어떤 형태의 방해물일 수도 있다고 추측했다.[38]패러데이는 1847년 빛이 에테르와 같은 매체가 없어도 전파될 수 있는 고주파 전자파 진동이라고 제안했다.[39]

패러데이의 연구는 제임스 서점 맥스웰이 전자기 방사선과 빛을 연구하도록 영감을 주었다.맥스웰은 자기 제안 전자기파가 일정한 속도로 우주를 여행할 것이라는 것을 발견했는데, 이것은 우연히 이전에 측정된 빛의 속도와 동일하다.이것으로부터, 맥스웰은 빛이 전자기 방사선의 한 형태라고 결론지었다: 그는 1862년에 처음으로 이 결과를 On Physical Line of Force에서 말했다.1873년, 그는 전기장과 자기장의 행동에 대한 완전한 수학적 설명이 수록된 <전기 자성관한 논문>을 발표했는데, 이 논문에는 여전히 맥스웰 방정식으로 알려져 있다.곧이어 하인리히 헤르츠는 실험실에서 전파를 생성·탐지하고 이들 파동이 반사, 굴절, 회절, 간섭 등의 특성을 보이며 가시광선처럼 정확히 작용한다는 것을 입증함으로써 맥스웰의 이론을 실험적으로 확인했다.맥스웰의 이론과 헤르츠의 실험은 바로 현대의 라디오, 레이더, 텔레비전, 전자기 영상, 무선 통신의 발달로 이어졌다.

양자 이론에서 광자는 맥스웰의 고전 이론에서 기술된 파동의 파동 패킷으로 보인다.양자 이론은 맥스웰의 고전 이론이 (분광선 등) 할 수 없는 시각적 빛으로도 효과를 설명하기 위해 필요했다.

양자론

1900년 막스 플랑크흑체 방사선을 설명하려고 시도하면서 빛이 파동이지만 이러한 파동은 주파수와 관련된 유한한 양에서만 에너지를 얻거나 잃을 수 있다고 제안했다.플랑크는 이러한 빛 에너지의 "덩어리"를 "퀀타"라고 불렀다(라틴어로 "얼마"라고 한다).1905년 알버트 아인슈타인은 광전 효과를 설명하기 위해 빛 콴타 사상을 사용했고, 이러한 빛 콴타가 "실제" 존재한다고 제안했다.1923년 아서 홀리 콤프턴은 전자에서 산란된 저강도 X선(일명 콤프턴 산란)이 X선의 입자 이론에 의해 설명될 수 있을 때 보이는 파장 변화를 보여주었지만 파장 이론은 아니었다.1926년 길버트 N. 루이스는 이 빛 퀀텀 입자의 이름을 광자로 지었다.[40]

결국 현대 양자역학 이론은 (어떤 의미에서는) 입자와 파동 둘 , 그리고 (다른 의미에서는) 입자도 파동도 아닌 현상(사실상 야구나 해양파동 같은 거시적 현상)으로 빛을 보게 되었다.대신 현대물리학은 빛을 때로는 하나의 거시적 은유(입자)와 때로는 또 하나의 거시적 은유(물파)에 적절한 수학으로 설명할 수 있는 것으로 보지만, 실제로는 충분히 상상할 수 없는 것이다.콤프턴 산란과 관련된 전파와 X선의 경우처럼 물리학자들은 전자기 방사선이 낮은 주파수에서는 고전파처럼 행동하지만 높은 주파수에서는 고전파처럼 행동하지만, 한 쪽이나 다른 쪽의 모든 성질을 완전히 잃는 경우는 결코 없다는 점에 주목했다.주파수에서 중간지대를 차지하는 가시광선은 파동이나 입자모델, 또는 때로는 양쪽 모두를 사용해 서술이 가능한 실험에서 쉽게 보일 수 있다.

2018년 2월 과학자들은 처음으로 양자 컴퓨터 개발에 유용할 수 있는 폴라리톤과 관련된 새로운 형태의 빛이 발견되었다고 보고했다.[41][42]

지구의 빛에 사용

햇빛녹색 식물이 주로 녹조의 형태로 당분생성하는데 사용하는 에너지를 공급하는데, 이는 녹초를 소화하는 생물에 에너지를 방출한다.광합성 과정은 사실상 생물이 사용하는 모든 에너지를 제공한다.어떤 종의 동물들은 생물 발광이라고 불리는 그들 자신의 빛을 만들어낸다.예를 들어, 반딧불이는 짝을 찾기 위해 빛을 사용하고 뱀파이어 오징어는 먹이를 피하기 위해 빛을 사용한다.

참고 항목

메모들

참조

  1. ^ CIE(1987년).국제 조명 어휘Wayback Machine에서 2010년 2월 27일 보관.17.4번.CIE, 4판. ISBN978-3-900734-07-7.
    국제 조명 어휘에 따르면 의 정의는 "시각적 감각을 직접적으로 유발할 수 있는 모든 방사선"이다.
  2. ^ Pal, G.K.; Pal, Pravati (2001). "chapter 52". Textbook of Practical Physiology (1st ed.). Chennai: Orient Blackswan. p. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. Retrieved 11 October 2013. The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400–700 nm. This is called the visible part of the spectrum.
  3. ^ Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. p. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. Retrieved 11 October 2013. Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.
  4. ^ Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. p. 4. ISBN 978-0-8194-6093-6.
  5. ^ Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. p. 1416. ISBN 978-81-7008-592-8.
  6. ^ Uzan, J-P; Leclercq, B (2008). The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. Translated by Robert Mizon. Springer-Praxis, Internet Archive: 2020-06-14 AbdzexK uban. pp. 43–4. Bibcode:2008nlu..book.....U. doi:10.1007/978-0-387-74081-2. ISBN 978-0-387-73454-5.
  7. ^ Laufer, Gabriel (13 July 1996). "Geometrical Optics". Introduction to Optics and Lasers in Engineering. Introduction to Optics and Lasers in Engineering. p. 11. Bibcode:1996iole.book.....L. doi:10.1017/CBO9781139174190.004. ISBN 978-0-521-45233-5. Retrieved 20 October 2013.
  8. ^ Bradt, Hale (2004). Astronomy Methods: A Physical Approach to Astronomical Observations. Cambridge University Press. p. 26. ISBN 978-0-521-53551-9. Retrieved 20 October 2013.
  9. ^ Ohannesian, Lena; Streeter, Anthony (9 November 2001). Handbook of Pharmaceutical Analysis. CRC Press. p. 187. ISBN 978-0-8247-4194-5. Retrieved 20 October 2013.
  10. ^ Ahluwalia, V.K.; Goyal, Madhuri (1 January 2000). A Textbook of Organic Chemistry. Narosa. p. 110. ISBN 978-81-7319-159-6. Retrieved 20 October 2013.
  11. ^ Sliney, David H.; Wangemann, Robert T.; Franks, James K.; Wolbarsht, Myron L. (1976). "Visual sensitivity of the eye to infrared laser radiation". Journal of the Optical Society of America. 66 (4): 339–341. Bibcode:1976JOSA...66..339S. doi:10.1364/JOSA.66.000339. PMID 1262982. The foveal sensitivity to several near-infrared laser wavelengths was measured. It was found that the eye could respond to radiation at wavelengths at least as far as 1,064 nm. A continuous 1,064 nm laser source appeared red, but a 1,060 nm pulsed laser source appeared green, which suggests the presence of second harmonic generation in the retina.
  12. ^ Lynch, David K.; Livingston, William Charles (2001). Color and Light in Nature (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. p. 231. ISBN 978-0-521-77504-5. Retrieved 12 October 2013. Limits of the eye's overall range of sensitivity extends from about 310 to 1,050 nanometers
  13. ^ Dash, Madhab Chandra; Dash, Satya Prakash (2009). Fundamentals of Ecology 3E. Tata McGraw-Hill Education. p. 213. ISBN 978-1-259-08109-5. Retrieved 18 October 2013. Normally the human eye responds to light rays from 390 to 760 nm. This can be extended to a range of 310 to 1,050 nm under artificial conditions.
  14. ^ Saidman, Jean (15 May 1933). "Sur la visibilité de l'ultraviolet jusqu'à la longueur d'onde 3130" [The visibility of the ultraviolet to the wave length of 3130]. Comptes rendus de l'Académie des sciences (in French). 196: 1537–9.
  15. ^ Oldford, R. W; MacKay, R. J (2000). "Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light". Statistical Science. 15 (3): 254–278. doi:10.1214/ss/1009212817. MR 1847825.
  16. ^ a b Newcomb, Simon (1911). "Light" . In Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica. Vol. 16 (11th ed.). Cambridge University Press. p. 624.
  17. ^ Michelson, A.A. (January 1927). "Measurements of the velocity of light between Mount Wilson and Mount San Antonio". Astrophysical Journal. 65: 1. Bibcode:1927ApJ....65....1M. doi:10.1086/143021.
  18. ^ Harvard News Office (24 January 2001). "Harvard Gazette: Researchers now able to stop, restart light". News.harvard.edu. Archived from the original on 28 October 2011. Retrieved 8 November 2011.
  19. ^ "Spectrum and the Color Sensitivity of the Eye" (PDF). Thulescientific.com. Retrieved 29 August 2017.
  20. ^ "Reference Solar Spectral Irradiance: Air Mass 1.5". Retrieved 12 November 2009.
  21. ^ Tang, Hong (1 October 2009). "May The Force of Light Be With You". IEEE Spectrum. 46 (10): 46–51. doi:10.1109/MSPEC.2009.5268000. S2CID 7928030.
  22. ^ 예를 들어 예일 대학교의 나노 옵토 기계 시스템 연구를 참조하십시오.
  23. ^ Kathy A. (5 February 2004). "Asteroids Get Spun By the Sun". Discover Magazine.
  24. ^ "Solar Sails Could Send Spacecraft 'Sailing' Through Space". NASA. 31 August 2004.
  25. ^ "NASA team successfully deploys two solar sail systems". NASA. 9 August 2004.
  26. ^ P. 레베데프, 운테르수충겐 über die Druckkkréfte des Lichtes, Ann.체육관 6, 433(1901)
  27. ^ Nichols, E.F; Hull, G.F. (1903). "The Pressure due to Radiation". The Astrophysical Journal. 17 (5): 315–351. Bibcode:1903ApJ....17..315N. doi:10.1086/141035.
  28. ^ Einstein, A. (1909). On the development of our views concerning the nature and constitution of radiation. Translated in: The Collected Papers of Albert Einstein, vol. 2 (Princeton University Press, Princeton, 1989). Princeton, New Jersey: Princeton University Press. p. 391.
  29. ^ Antognozzi, M.; Bermingham, C. R.; Harniman, R. L.; Simpson, S.; Senior, J.; Hayward, R.; Hoerber, H.; Dennis, M. R.; Bekshaev, A. Y. (August 2016). "Direct measurements of the extraordinary optical momentum and transverse spin-dependent force using a nano-cantilever". Nature Physics. 12 (8): 731–735. arXiv:1506.04248. Bibcode:2016NatPh..12..731A. doi:10.1038/nphys3732. ISSN 1745-2473. S2CID 52226942.
  30. ^ Singh, S. (2009). Fundamentals of Optical Engineering. Discovery Publishing House. ISBN 9788183564366.
  31. ^ O'Connor, J J; Robertson, E F (August 2002). "Light through the ages: Ancient Greece to Maxwell". Archived from the original on 19 March 2017. Retrieved 20 February 2017.
  32. ^ Ptolemy and A. Mark Smith (1996). Ptolemy's Theory of Visual Perception: An English Translation of the Optics with Introduction and Commentary. Diane Publishing. p. 23. ISBN 978-0-87169-862-9.
  33. ^ a b c "Shastra Pratibha 2015 Seniors Booklet" (PDF). Sifuae.com. Retrieved 29 August 2017.
  34. ^ a b 데카르트에서 뉴턴 A에 이르는 빛의 이론들.I. Sabra CUP 아카이브,1981 페이지 48 ISBN 0-521-28436-8, 978-0-521-28436-3
  35. ^ Fokko Jan Dijsterhuis, 렌즈와 파도: Christiaan Huygens와 17세기 광학 수학적 과학, Kluwer Academic Publishers, 2004, ISBN 1-4020-2697-8
  36. ^ 제임스 R.호프만, 안드레 마리 암페어: 계몽주의와 전기역학, 케임브리지 대학 출판부, 1996, 페이지 222.
  37. ^ David Cassidy; Gerald Holton; James Rutherford (2002). Understanding Physics. Birkhäuser. ISBN 978-0-387-98756-9.
  38. ^ a b Longair, Malcolm (2003). Theoretical Concepts in Physics. p. 87.
  39. ^ Cassidy, D (2002). Understanding Physics. Springer Verlag New York.
  40. ^ open access Barrow, Gordon M. (1962). Introduction to Molecular Spectroscopy (Scanned PDF). McGraw-Hill. LCCN 62-12478.
  41. ^ Hignett, Katherine (16 February 2018). "Physics Creates New Form of Light That Could Drive The Quantum Computing Revolution". Newsweek. Retrieved 17 February 2018.
  42. ^ Liang, Qi-Yu; et al. (16 February 2018). "Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium". Science. 359 (6377): 783–786. arXiv:1709.01478. Bibcode:2018Sci...359..783L. doi:10.1126/science.aao7293. PMC 6467536. PMID 29449489.

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