빛의 속도를 처음 측정한 사람은 누구인가?
올레 뢰머
올레 크리스텐센 뢰머(, 1644년 9월 25일 ~ 1710년 9월 23일)는 덴마크의 천문학자이다. 빛의 속도가 유한하다고 생각하고, 이를 처음으로 측정하였다. 그는 1672년에 파리 시의 왕립 천문대로 초청되어 그곳에서 목성에 의한 위성의 식을 관찰하였다. 그것들을 통해 빛의 속도는 유한하다고 생각하였고 빛의 속도를 처음으로 측정하였다. 1679년에는 영국을 방문하면서 아이작 뉴턴, 존 플램스티드, 에드먼드 핼리와 같은 유명 인사를 만났고 1710년에 덴마크 코펜하겐에서 사망하였다.
빛의 속력
두 번째 가정은 빛의 속력의 불변의 원리이다. 빛의 속력은 관성좌표계와 파원의 움직임과 관계없이 모든 관성좌표계에서 동일한 값(c = formula_15 m/s)을 갖는다. 이 두 개의 가정을 바탕으로 하여 특수 상대성 이론은 반직관적이고 실험적으로 확인되는 예측을 가진다. 
이는 시간지연과 길이수축을 포함한다. 시간 지연이란 움직임을 가지는 기준계에서의 시계는 시계에 대해 정지하고 있는 관찰자가 측정한 시간은 고유 시간보다 천천히 간다는 것이다. 길이 역시 기준계에 대해 다르게 측정된다. 길이 수축이라는 것은 움직이는 기준계의 관찰자가 측정한 물체의 길이는 고유길이보다 짧다는 것이다. 고유길이란 고유 시간과 같이 그 물체에 대해 정지해 있는 관찰자가 측정한 길이를 말한다.
이븐 알하이삼
뿐만 아니라 알하이삼은 빛이 직선으로 움직인다는 것을 증명했고, 렌즈와 거울을 써서 굴절과 반사 실험을 했다. 그는 기하광학의 기본인 굴절과 반사를 수직과 수평 성분으로 나누어 연구한 최초의 사람이다. 알하이삼은 자신의 빛의 굴절에 대한 모델을 스넬의 법칙과 비슷할 만큼 확장했으나, 스넬의 법칙과 같은 결과를 얻을 만큼 모델을 열심히 발전시키지는 않았다.
빛
빛이 금속 표면에 충돌할 때 전자가 방출되는 현상을 광전효과라고 한다. 광전효과는 1887년 독일의 헤르츠가 우연히 발견하였다. 그 당시에는 빛이 파동인 경우 발생하는 현상으로 큰 관심을 갖지 않았다. 그러나 광전효과를 조사해 보면서 빛이 파동인 경우 설명하기 힘든 현상들이 나타났다. 방출되는 전자의 수는 빛의 세기가 아니라 빛의 진동수에 비례하는 것이 확인되었다. 게다가 어떤 특정 진동수보다 낮은 진동수를 가진 빛이 비추었을 때 빛의 세기에 관계없이 전자가 방출되지 않았다. 이 결과는 빛이 파동설로는 설명이 불가능한 것이었다. 마침내 1905년 알베르트 아인슈타인이 빛의 입자설의 부활을 통해 이 문제를 해결하였다. 아인슈타인은 빛 입자를 광자라고 불렀고 그의 주장을 광양자설이라 하였다. 그러나 압도적으로 많은 파동설의 증거 때문에 많은 물리학자들의 반론에 부딪혔다. 아인슈타인은 그의 주장을 뒷받침하는 많은 논문을 발표하는 노력을 통해, 결국 그의 광전 효과에 대한 설명이 인정받게 되었다. 아인슈타인은 광전효과를 설명한 공로로 1922년 노벨 물리학상을 수상하였다. 이것은 결정적으로 빛의 입자와 파동의 이중성과 양자역학의 기초를 마련하게 되었다.
빛의 속력
엠페도클레스는 빛이 유한한 속도를 가진다고 주장한 첫 번째 사람이다. 그는 빛이 움직이고, 따라서 이동하는 데 약간의 시간이 필요하다고 주장했다. 아리스토텔레스는 반대로 빛이 움직임이 아닌 어떤 것의 존재 때문이라고 말했다. 에우클레이데스와 프톨레마이오스는 빛이 눈으로부터 나와서 볼 수 있다는 emission theory of vision을 발전시켰다. 이 이론에 기초하여 알렉산드리아의 헤론은 별과 같이 떨어진 물체들을 눈을 뜨자마자 바로 볼 수 있기 때문에 빛의 속력이 무한하다고 주장했다.
물리학의 발전
아이작 뉴턴보다 훨씬 앞서 1621년 빌러브로어트 스넬리우스(Willebrord Snellius)은 빛의 굴절에 대한 ‘스넬의 법칙’을 발견하고 빛의 굴절 현상을 아주 작은 빛 입자들의 흐름으로 설명하였다. 르네 데카르트와 아이작 뉴턴 역시 빛의 굴절 현상을 빛을 미세한 입자들의 흐름으로 간주하였다. 반면, 프란체스코 그리말디(Francesco Maria Grimaldi)는 호수의 물이 출렁이는 것처럼 ‘빛 액체’의 파동 운동으로 빛 현상을 설명하였고, 크리스티안 하위헌스도 빛의 반사와 굴절을 파동 이론으로 설명하였다.
태양중심설
요하네스 케플러(Johannes Kepler, 1571.12.27~1630.11.15)는 덴마크의 천문학자 티코 브라헤(Tycho Brahe, 1546~1601)의 정확한 천문 관측 데이터를 바탕으로, 행성의 운동에 타원궤도를 도입하여 1609년 「신천문학(Astronomia Nova)」에 행성의 운동 속도에 대한 두 가지 법칙을 발표했다. 케플러의 제 1법칙은 "행성은 태양을 초점으로 하는 타원을 따라 돈다.", 제 2법칙은 "태양에서 행성까지 연결한 선은 동일한 시간에 동일한 면적을 쓸고 지나간다"는 것이다. 또한 10년 뒤 1619년에「세계의 조화(Harmonice Mundi)」에서 "행성의 주기의 제곱에 대한 행성궤도의 평균 반지름의 세제곱의 비율은 태양계 내의 모든 행성들에 대해 일정하다."는 제 3법칙을 발표했다. 케플러의 세 법칙으로부터 천체는 등속원운동을 해야 한다는 굴레에서 벗어났으며, 주전원, 이심 등이 필요하지 않게 되었다. 이로써 우주의 구조는 기하학적 도형과 간단한 속도법칙에 의해 행성의 운동이 거의 완전히 기술할 수 있게 된 것이다.
요하네스 케플러
케플러는 튀코의 화성 관측 자료 분석을 계속하면서 《루돌프 표》 목록화를 천천히 시작했다. 한편, 그는 1600년에 펴낸 달에 대한 논문에서 광학 법칙 연구 결과를 소개하였다. 그 당시 월식과 일식은 예상치 못한 그림자의 크기, 개기 월식때 붉게 물드는 달, 개기 일식 때 태양을 둘러싼 이상한 빛 등 정체불명의 현상으로 생각되었다. 대기 굴절과 관련된 이슈들은 〈모든〉 천문학적 관찰에 응용되었다. 케플러는 1603년 대부분의 시간을 광학적 이론에 쏟았으며, 이 때문에 다른 연구들을 잠시 멈추었다. 연구 결과 나온 원고는 1604년 1월 1일에 황제에게 헌정되었고, 그 이름은 《비텔로를 보완한 천문학의 광학적 측면에 대한 해설》()이다. 이 책에서 케플러는 빛의 밝기를 좌우하는 역제곱 법칙, 평면 거울과 곡면 거울에서의 반사 현상, 바늘구멍 사진기의 원리, 그리고 시차나 육안상의 천체의 크기 같은 광학의 천문학적 의미를 설명했다. 또한 케플러는 자신의 광학 연구를 인간의 눈에까지 연장했고, 망막 위의 수정체 때문에 이미지들이 상하좌우 반전되어 투영된다는 것을 인지한 최초의 신경과학자로 평가받고 있다. 케플러는 이미지가 반전된다는 사실을 광학의 범주로 생각하지 않았기 때문에 이 딜레마의 해결책을 딱히 중요하게 여기지 않았다. 다만 영혼의 어떤 작용으로 인해 이미지가 뇌 속에 들어가서 바로잡혀진다고 생각했다. 본래 케플러는 이것을 몇주동안 써서 간단한 논문으로 내려고 했다. 하지만 한 가지 일에 집중하지 못하는 습관 때문에 450페이지에 이르는 대작이 되고 말았다 《비텔로를 보완한 천문학의 광학적 측면에 대한 해설》은 굴절의 법칙에 대해서는 부족함이 있었지만 현대 광학의 기초로 평가받고 있다.
뢰머의 빛의 속력 측정
1676년 올레 뢰머는 첫 번째로 빛의 속력을 정성적인 측정값으로 구했다. 뢰머는 덴마크 천문학자로서 천문학적 방법을 사용해서 빛의 속력을 측정하였다. 그는 목성의 위성 중 ‘이오’가 식(목성의 그림자에 의해 가려지는 현상)이 발생할 때, 지구가 공전궤도에서 가까이 있을 때가 멀리 있을 때보다 22분 빨리 나타난다는 것을 관측했다. 지구에서 봤을 때, 이오의 식은 두 가지 방법으로 관측이 가능한데, 이오가 보이다가 안 보일 때, 이오가 목성의 그림자 안으로 들어갈 때가 immersion, 이오가 안 보이다가 보일 때, 이오가 목성의 그림자에서 나올 때가 emergence인데, 지구에서는 목성이 가로막기 때문에 동일한 식의 immersion과 emergence를 동시에 볼 수 없다. 충의 위치에서는 둘 중 어느 것도 보지 못 한다. 목성이 충의 위치에 있을 때부터 4달이 지난 후(L부터 K까지)부터는 이오의 emergence를 볼 수 있고, 충의 위치에서 4달 전(F부터 G까지)는 이오의 immersion을 볼 수 있다. 이 시기가 아닌 5~6달은 식을 관찰할 수 없는데, 지구와 목성이 적절한 위치에 있더라도 지구의 어떤 지역에서는 이오의 식을 볼 수 없다. 이를 통해 그는 빛이 유한한 속력으로 이동한다고 결론내릴 수 있었고, 빛이 지구 궤도의 지름을 가로지르는 데 22분(실제로는 16분 36초)이 걸린다는 것을 측정했다. 뢰머는 규모의 비교 증명(빛의 속력이 ‘지구 지름/1초’보다 훨씬 크다고 결론)과 누적 효과(빛의 유한한 속력의 영향이 많은 관측들을 통해 늘어날 것; 프랑스 과학 아카데미에서 발표) 등을 이용해서 이것이 빛이 지구에 오는 동안 지구가 공전하여 생기는 거리(지구가 목성과 가까워 질 때의 거리와 멀어질 때의 거리 차이)의 차이 때문이라고 예측하고 여러 번의 시행착오와 관측 결과를 이용하여 빛의 속력을 약 212,000 km/s으로 측정하였다. 뢰머는 자신의 방법을 공식적으로 서술한 적이 없지만, 그의 계산은 ‘지식인의 잡지’의 뉴스보도와 1676년 8월 22일 카시니의 발표로 알 수 있다. 이 값은 오늘날의 측정값인 2.997925×10 m/s와 비교하였을 때 오차(약 26%)가 상당하지만, 최초로 빛의 속력을 정밀하게 측정했다는 것에 큰 의의를 가진다.
야코뷔스 헨리퀴스 판트 호프
야코뷔스 헨리퀴스 판트호프(, 1852년 8월 30일 ~ 1911년 3월 1일)는 네덜란드의 물리화학자, 유기화학자이며 반응 속도·화학 평형·삼투압에 관해 연구한 공로로 1901년 최초의 노벨 화학상을 받았다.
빛의 속력
formula_3
현대물리학
또, 미국의 마이컬슨과 몰리는 수직으로 교차하는 간섭계(Interferometer)를 만들어 에테르의 운동 방향과 빛의 운동 방향에 대한 실험을 하였다. 1887년에 그들은 지구의 운동과 각각 평행 방향과 수직 방향으로 운동한 두 빛이 한 지점에서 서로 만나 간섭 현상을 일으키도록 하는 장치를 만들었다. 그리고 만일 지구의 운동이 에테르에 영향을 준다면 그것은 빛의 속도 차이로 나타나고 간섭 무늬를 통해 파악될 것이라 예상하였다. 실험 결과 두 빛은 같은 속도로 움직였고 따라서 두 과학자는 지구 운동이 에테르에 영향을 주는 효과를 검출할 수 없었다. 이러한 현상들을 고전 역학과 전자기학의 틀에 맞게 설명하기 위해 네덜란드의 헨드릭 로런츠는 임시 방편으로 길이 수축 가설을 도입했다. 1904년에 로런츠는 수축 가설에 기초하여 움직이는 관찰자에게 물리 법칙이 불변이 되도록 만드는 로런츠 변환 수식을 제시하였다. 이 변환식은 길이 수축이라는 이해하기 힘든 가설을 포함하고 있었으나 현상에 대해서는 수학적으로 정확한 결과를 제시하였다.
알베르트 아인슈타인은 헨드릭 로런츠의 1904년 논문을 알지 못한 상태에서 1905년에 「움직이는 물체의 전기 동역학에 대하여」를 발표했다. 이 논문의 결과는 등속도로 움직이는 관찰자에 대해서만 다루고 있기 때문에 보통 특수 상대성 이론이라고 부른다. 이 논문에서 아인슈타인은 새로운 방식을 써서 일반적인 형태의 로런츠 변환식을 얻어냈다. 그는 아래와 같은 몇가지 가정을 도입하였다.알베르트 아인슈타인은 광속도 불변의 원리를 바탕으로 등속도로 움직이는 모든 관찰자들에게 전자기 법칙이 불변으로 유지되는 좌표와 시간의 변환식을 유도하였다. 그 결과는 로런츠 변환식의 일반적인 형태였으며 새로운 시공간 개념이었다. 또한, 이 과정을 통해 빛 에테르의 도입이 필요하지 않음이 증명되었다. 아인슈타인이 같은 해에 빛이 에테르의 파동이 아니라 입자처럼 전달된다는 광자 이론을 발표한 것은 특수 상대성 이론과도 관련이 있는 것이었다.
라이트 판타스틱
빛의 대한 연구는 2000년 전 [[시칠리아]] 섬에서 살고 있었던 [[그리스]] 당대 최고의 철학자들로부터 시작되었다. 그들에게 빛은 매우 흥미로운 주제였다. [[우주]]의 체계에 대하여 실마리를 제공해 주며, 세상을 꿰뚫어볼 수 있게 해줄 수 있었다고 여겼다. 그들은 처음으로 빛의 본질과 어떻게 빛을 볼 수 있는지에 대하여 질문을 던졌다. 그리스인들은 빛을 논리적으로 이해하기 위해서 그들 주위의 빛에서 색다른 빛을 추출하고, 빛이 특이한 또는 이상한 행동을 보이는 현상들을 관찰했다. 예를 들어, 왜 멀리 있는 사물은 훨씬 작게 보이고, 어떤 사물을 물 안에 넣으면 위치와 모양이 바뀌어 보이는지에 대한 것들이다. 이런 구체적인 질문들과 수수께끼에 대한 고찰들을 하면서 그리스의 철학자들은 빛을 이해하고 눈, 정신, 그리고 그 너머의 세상과 빛의 관계에 있어서 대단한 진보를 이루어냈다.
[[파일:Empedocles in Thomas Stanley History of Philosophy.jpg|100px|thumb|엠페도클레스]]
시데레우스 눈치우스
누가 처음으로 망원경을 제작하였는지는 불투명하지만, 독일-네덜란드인 렌즈 제작자인 한스 리퍼쉬가 발명한 것으로 널리 알려져 있다. 망원경은 사용자들로 인해 사물들을 더 크고 가깝게 볼 수 있게끔 해준다. 갈릴레오는 처음으로 망원경을 사용해 천체들을 관측한 사람이었다. 그의 첫 번째 망원경은 8-10배의 확대 성능을 가진 것으로, 그가 직접 제작한 렌즈를 사용한 망원경이었다. 그는 나중에 20배의 확대 성능을 가진 망원경을 제작해서 천체를 관측해 《시데레우스 눈치우스》를 출판했다.
물리학의 발전
한편, 맥스웰은 그의 전자기 방정식을 활용해 전자기 에테르에서 발생하는 횡파의 속도를 계산할 수 있었다. 그러자 놀랍게도 이 횡파의 속도는 빛의 속도와 같았다. 그는 이 결과를 보고 “우리는 다음과 같이 추론을 피할 수 없다. 즉, 빛은 전기 현상과 자기 현상의 원인이 되는 바로 그 매질의 횡적인 파동으로 이루어져 있다.”고 과감하게 결론을 내렸다.
빛의 속력
빛의 속력에는 일방속력(one –way speed)과 쌍방속력(two-way speed)이 존재한다.
One-way speed of light의 예로는 빛이 광원에서 먼 관측자로 이동하는 경우의 속력이 있다. Two-way speed of light의 예로는 빛이 광원에서 나가서 거울에 반사되어 다시 돌아오는 경우의 속력이 있다. 실험적으로는 two- way speed of light만이 측정가능하다. 하지만, 시계가 광원과 관측자의 위치에서 동기화된다는 가정이 없다면 one- way speed of light는 측정 불가능하다. 그러나 아인슈타인의 시계의 동기화의 개념을 채택하면, 빛의 one- way speed of light 는 빛의 two-way speed of light와 정의에 의해 같아진다.
빛의 속력
푸코는 피조의 두 정지거울로 된 실험을 토대로 이 장치를 구상하였다. 이 때 피조의 빛의 속도 값은 5% 정도 더 높았다고 한다. 물 속에서 빛의 속도를 측정한 피조의 실험에서 빛이 공기에서보다 물 속에서 더 느리다는 결과가 나오자 그의 업적은 아이작 뉴턴의 입자설을 완전히 망쳐놓게 되었다.
빛의 속력
초기 이슬람 철학자들은 처음에는 빛은 이동하는 시간이 없다는 아리스토텔레스적 의견에 동의했다. 1021년에, 이븐 알하이삼은 《광학의 서》를 출판하였고, 그 책에서 그는 현재 인정되고 있는, 빛이 물체에서 눈으로 들어온다는 intromission theory of vision을 받아들였고, emission theory를 반박하였다. 알하젠은 빛의 속력이 반드시 유한하여야 하며, 이는 밀도가 높은 물체에서 감소하는 등 달라질 수 있다고 주장했다. 그는 또한 우리의 감각으로 알 수는 없어도 빛은 전달에 시간이 걸리는 실질적인 물질이라고 주장했다. 11세기에는 Abū Rayhān al-Bīrūnī가 빛이 유한한 속도를 가지고 있다고 동의하였고, 소리의 속력보다 빛의 속력이 더 빠르다는 것을 관찰했다. 13세기에는 로저 베이컨이 이븐 알하이삼과 아리스토텔레스의 저서로부터 철학적 논거를 사용하여 공기 중의 빛의 속력이 유한하지 않다고 말했다. 1279년에는 위텔로가 진공상태에서 빛의 이동이 유한한 속도를 가지고 있다는 가능성을 고려했다. 그리고 밀도가 높은 물체에서는 속력이 감소한다고 했다.
조지프 존 톰슨
조지프 존 톰슨 경(, , FRS, 1856년 12월 18일~1940년 8월 30일)은 영국의 물리학자이며, 전자와 동위원소를 발견하였고 질량 분석계를 발명하였다. 그는 기체에 의한 전기 전도에 관한 실험적 연구, 전자를 발견한 것으로 1906년 노벨 물리학상을 수상하였다.
적색편이
광원과 관측자 사이의 속도가 빛의 속도에 가까워지게 되면, 특수상대론을 이용하여 적색편이를 구해야 한다. 광원이 빛에 가까운 속도로 움직일 경우에는, 특수상대론의 시간지연현상() 때문에, 다음과 같이 로런츠 인자()라고 불리는 formula_14항이 적색편이 공식에 추가된다. 상대론적 도플러 효과는 1938년에 에서 처음으로 측정되었다.
길이
빛의 파장, 원자 사이의 거리를 재는 데 사용하는 길이의 단위로 기호는 Å이며, 1Å = 10m 이다. 1868년 스웨덴의 물리학자 A.옹스트룀이 프라운호퍼선을 측정할 때, 그 파장을 기록하는 데 이용되었다. 1Å=10m 이므로 텐스미터(tenth meter)라고 하는 경우도 있으며, 분자의 지름이나 액체 표면의 막의 두께,미세한 생물학적구조, 화학결합의 길이, 결정에서 원자들의 배열, 전자기파의 파장등을 측정하는 사용되고 있다. 보통 원자·분자의 크기나 결정의 격자 간격은 1Å 정도이다. 하지만 이 단위는 공식적인 SI단위는 아니다.
역학 (물리학)
1905년 아인슈타인은 〈움직이는 물체의 전기역학에 대하여〉(독일어: Zur Elektrodynamik bewegter Körper)를 발표하였다. 아인슈타인은 이 논문에서 서로 다른 속력을 갖는 물체와 관찰자 사이의 상대 운동에 대한 새로운 이론을 제시하였다. 이 논문에서는 시간과 공간이 기존의 고전 역학에서 다루는 것과 같은 정적인 독립 변수가 아니라 서로 결합된 4차원 벡터인 시공간으로서 다루어진다. 또한, 빛과 같은 질량이 없는 입자를 내보내는 물체와 관찰자가 서로 어떠한 상대 운동을 하던지 빛의 속력은 이와 무관하게 늘 일정함을 밝혔다. 이 두 가지 사항에 따라 서로 다른 관성계에 놓인 물체와 관찰자 사이의 거리,시간 등의 측정값은 상대 운동의 속력에 따라 변할 수 있다는 결론에 도달하게 된다.
빛
빛의 속력을 측정하려 한 사람 중에 17세기 갈릴레오 갈릴레이가 있다. 갈릴레이는 약 1km 떨어진 곳에서 서로 등불을 가지고, 상대방의 등불이 보이면 바로 등불을 열게 하는 방법으로, 그 시간차를 통해 광속을 측정하려고 했다. 그러나 이 실험에서는 빛이 왕복하는 데 걸린 시간이 10만분의 1초 정도로 매우 짧아 속력을 제대로 측정할 수 없었다.
진공에서 빛의 속력은 정확하게 299,792,458m/s (초당 약 186,282마일)으로 정의된다. SI 단위로 빛의 속력의 고정 된 값은 이제 빛의 속력의 관점에서 정의된다는 사실에 기인한다. 모든 형태의 진공에서 전자기 방사는 정확히 같은 속력으로 이동한다.
덴마크의 천문학자인 올러 뢰머는 1676년, 목성의 위성인 이오의 관찰을 통해서 빛의 속력을 측정하였다. 뢰머는 목성이 지구에 가장 근접했을 때 예측한 것보다 11분 일찍 이오의 월식이 일어난다는 것을 알았고, 가장 멀리있을 때는 예측보다 11분 늦게 일어난다는 사실을 발견했다. 뢰머는 그 22분이 빛이 지구의 공전궤도의 지름을 지나는 시간이라고 계산하여 빛이 2.12×10^8 m/s라고 추정했다.
프랑스의 물리학자 이폴리트 피조는 1849년 더 정확하게 빛의 속력을 측정하였다. 피조는 빛이 톱니바퀴를 통과한 후 8.9km 떨어진 곳의 거울에 의해 반사가 되어 다시 톱니바퀴로 돌아오는데, 그 각속도를 이용해 빛의 속력을 측정하였다. 피조는 빛의 속력을 3.13×10^8 m/s라고 측정하였다. 1862년 레옹 푸코는 회전하는 거울을 통해 실험을 하여 2.98×10^8 m/s라는 결과를 얻었고, 앨버트 에이브러햄 마이컬슨은 1877년부터 그가 죽은 해인 1931년까지 빛의 속력 측정실험을 했다. 마이컬슨은 푸조의 방법을 개량해 1926년에 2.99796×10^8 m/s라는 결과를 얻었다.
현재 사용하고 있는 빛의 속력은 진공에서 2.99792458×10^8 m/s이다. 실제로 오늘날에는 미터 자체를 1/299 792 458초 동안 빛이 이동한 거리로 정의하고 있다. 이 속력은 1초에 지구를 일곱 바퀴 반을 돌 수 있고 지구에서 달까지 가는 데 1초 정도 걸리는 매우 빠른 속력이다.
통상의 물질을 포함하는 각종 투명 물질에서 빛의 유효 속력은 진공에서보다 작다. 예를 들어 물에서 빛의 속력은 진공의 약 3/4이다.
극단적인 예를 들어서 자연에서 빛 둔화의 문제는 물리학의 두 개의 독립적 인 팀인 하버드 대학과 캠브리지의 과학 연구소, 하버드의 천체 물리학을 위한 스미스소니언과 캠브리지에서 원소 루비듐의 보즈 - 아인슈타인 응축을 통과하여 "완전한 정지"를 가져올 수 있었다
그러나 빛의 “중지”로 설명됐다. 이러한 실험에서 두 번째 레이저 펄스에 자극에 의해 원자의 흥분 상태에 저장되는 빛만을 의미하고 임의만이 나중에 다시 방출 된다.
이 시간동안 빛은 중단했다.
특수상대론의 역사
발터 카우프만(1901-1903) 은 음극선에서 formula_10 (formula_11 는 전하, formula_12 은 질량) 의 값을 조사함으로써 전자기 질량의 속도 의존성을 확인한 첫 물리학자 였다. 그는 formula_10의 값이 속력이 증가함에 따라 작아짐을, 즉, 전하가 일정할 때 전자의 질량은 속력이 증가함에 따라 함께 증가함을 발견하였다. 그는 이 실험 결과가 모든 질량은 전자기 질량에 그 근원을 둔다는 빈의 견해를 뒷받침하는 것이라 해석하였다.
라이트 판타스틱
[[파일:Artgate Fondazione Cariplo - Cifrondi Antonio, Euclide.jpg|100px|thumb|유클리드]]
기원전 300년경에 살았던 그리스의 수학자 [[유클리드]]는 엠페도클레스의 이론으로부터 빛을 이해하기 위한 가장 중요한 진척을 이루었다. 유클리드는 왜 멀리 있는 물체는 가까이 있는 물체보다 더 작게 보이는지에 대해서 적절한 설명을 제시했다. 그것은 눈, 손가락 끝, 그리고 기둥의 위쪽 끝은 같은 선상에 위치해있고, 그렇기 때문에 눈에서 나오는 [[광선]]은 직선을 따라 진행해야 한다는 것이었다. 즉, 눈에서 나오는 빛이 직선이 되어야 한다는 것을 의미한다. 이 해석은 빛이 수학적인 방법으로 분석된 첫 번째 사례이다. 이 발견이 알려주는 것은 삼각형과 직선을 다루는 [[기하학]]이 빛과 시각이라는 세상의 난제를 해결할 수 있다는 것이었다.
빛의 속력
라는 식을 얻을 수 있다. 이를 이용한 방법이 바로 비행 시간 측정방법-에 기초한 빛의 속력 측정 방법을 개발하였으며 약 315 000 km/s로 보고하였다. 이때 시행된 실험을 피조의 실험이라고 부르며, 1851년에 움직이는 물에 대한 상대적 빛의 속도를 측정하는 실험이었다. 피조는 매질의 이동 효과를 측정하기 위한 특별한 간섭계의 배열을 사용했다.
화학 속도론
아레니우스는 1889년, 속도 상수가 반응 온도와 관련되어 있음을 실험적으로 발견한다.
반응의 온도와 반응 속도 상수간의 상관 관계를 실험적으로 나타낸 식;
랠프 멧커프
랠프 해럴드 멧커프(Ralph Harold Metcalfe, 1910년 5월 30일 ~ 1978년 10월 10일)는 아프리카계 미국인 육상 선수이자, 정치인이다. 1932년부터 1934년까지 세계에서 가장 빠른 인간으로 알려졌다. 후에 정계에 들어가 의회에 근무하였다.
민타카
프랑스 천문학자 앙리 델랑드르는 파리 천문대에서 민타카의 시선속도에 나타나는 변동을 발견, 이 별이 분광쌍성임을 증명했다. 델랑드르는 쌍성의 공전주기를 1.92일로 계산했는데 1904년 독일 물리학자 요하네스 프란츠 하트만은 포츠담 천문대에서 사진건판을 이용하여 보다 정확한 공전주기가 5.7일임을 알아냈다. 하트만은 항성 스펙트럼 중 393.4 나노미터 파장대의 칼슘 K선이 항성의 움직임에 따른 주기적 진동을 보이지 않음을 발견했다. 그는 민타카 방향으로 칼슘 성분을 포함한 구름 하나가 있으리라고 가설을 세웠는데 이는 성간매질을 최초로 발견한 것이었다.
스넬의 법칙
이 법칙의 이름이 네덜란드의 천문학자 빌러브로어트 스넬리우스(1580~1626년)의 이름을 따온 것이지만, 실제 법칙은 과학자 이븐 사흘이 984년 바그다드 법정에서 최초로 정확히 기술하였다. On Burning Mirrors and Lenses라는 글에서 사흘은 이 법칙을 사용하여 기하학적 수차 없이 빛에 초점을 마추는 렌즈 모양을 가져왔다.
요제프 폰 프라운호퍼
요제프 폰 프라운호퍼 기사 (, 1787년 3월 6일 ~ 1826년 6월 7일) 는 독일의 물리학자이다. 광학 기계를 제작한 외에 광학과 수학을 홀로 공부하여 태양과 별의 스펙트럼을 연구하였다. 여러 가지 유리의 굴절률을 연구하던 중 나트륨 스펙트럼 D를 발견하였다. 1814년 태양의 스펙트럼에서 324개의 검은 선을 발견하였다. 이 선을 '프라운호퍼 선'이라 한다. 또, 처음으로 회절 현상을 연구하여 빛의 파장을 계산해 냈다.
프리드리히 빌헬름 아르겔란더
아르겔란더는 항성의 위치와 등급을 결정하는데 뛰어났으며, 해당 분야의 근대 천문학의 선구자라 할 수 있다. 또한 아르겔란더는 태양의로 항성의 거리를 측정했으며, 동료들과 함께 새로운 도구들을 체계적으로 사용하여 항성 목록 작성과 변광성 연구에 훌륭한 업적을 남겼다. 아르겔란더는 변광성을 주의 깊게 연구한 최초의 천문학자로, 한 줌도 채 알려지지 않았던 변광성을 분류하는 근대적 체계를 확립한 것은 아르겔란더의 공이다.
크리스티안 하위헌스
1649년 과학으로 전향한 이후 십 수 년 동안 하위헌스는 헤이그의 집에 머물면서 연구를 했다. 그러나 그 특유의 철저함 때문에 하위헌스는 자신의 탐구를 잘 발표하지 않았으며, 이 때문에 그의 이름이 널리 알려지기까지는 거의 10년이 걸렸다.
하위헌스는 천문학 연구를 위한 정확한 시각 측정 방법에 대해 고민하다가 진자시계를 발명하여 1657년 특허를 얻었다. 1658년 이후 그의 설계에 바탕을 둔 시계가 널리 활용되기 시작하면서 그는 대중적 명성을 얻게 되었다. 한편, 그는 1655년부터 형인 콘스탄테인과 함께 망원경을 개선하는 작업을 진행하고 있었는데, 색지움 렌즈()를 이용하여 망원경의 색수차를 획기적으로 줄이는 데 성공하였으며 이렇게 새로이 제작한 망원경을 이용해 토성의 위성인 타이탄을 발견하는 업적을 세웠다. 1650년대 말에는 그보다 더 큰 망원경을 만들어 토성의 고리와 그 성질을 분석하였다. 이로써 과학자로서 그의 명성은 확고하게 굳어지게 되었다.
하위헌스는 여러 차례 외국으로 여행을 다녔는데, 1655년 파리에서 5개월간 체류하면서 피에르 가상디를 포함한 선구적 과학자들을 만났다. 그는 또한 1661년 런던을 방문하였는데, 2년 후인 1663년에 외국인으로서는 처음으로 왕립학회의 회원이 되었다. 프랑스에서도 역시 그를 인정하여 1666년에 프랑스 왕립과학 아카데미, 즉 프랑스 과학 아카데미의 창립회원 7명 중 한 명으로 선정하였다.
그는 파리에서 오랜 시간을 보내며 연구를 했는데, 그의 주요한 업적들은 바로 이곳에서 이루어졌다. 훗날 《빛에 관한 논술》에 수록될 연구를 끝마친 것도 1678년 파리에서였고, 1679년에 프랑스 아카데미에서 동료 올레 뢰머와 함께 수행한 빛의 유한속도의 발견 역시 아주 중요하고 유명한 성과로 남아 있다. 그러나 네덜란드와 프랑스 간의 정치적 상황과 개인적 건강의 악화로 하위헌스는 불가피하게 1681년 네덜란드로 귀국하게 되며, 1685년 프랑스를 재방문하려 했으나 낭트 칙령의 폐지로 실패하고 만다. 그의 건강은 점점 나빠졌지만, 그는 계속해서 외국을 여행하였고, 1689년에는 런던을 방문하여 철학자 존 로크 및 아이작 뉴턴, 로버트 보일과 같은 과학자들과 만나 대립하며 논쟁을 벌이기도 했다.
항성
이탈리아 천문학자 제미니아노 몬타나리는 1667년 알골의 밝기가 변화하는 것을 기록으로 남겼다. 에드먼드 핼리는 지구 근처 ‘고정된’ 항성 한 쌍이 고유 운동을 보이는 것을 측정했다. 이 별들은 고대 그리스 천문학자 프톨레마이오스와 히파르코스가 살던 시절의 자리로부터 일정량 이동했다. 항성까지의 거리를 직접 측정한 최초의 사례는 1838년 프리드리히 베셀이 시차법을 이용하여 11.4광년 떨어진 백조자리 61을 측정한 것이었다. 시차 관측법을 통해 항성과 지구 사이의 거리는 매우 멀다는 것이 밝혀졌다.
윌리엄 허셜은 밤하늘 항성의 분포 상태를 측정한 최초의 천문학자이다. 1780년대 그는 600개에 이르는 방향을 기준으로 삼고, 각 구역 내 시선 방향을 따라 관측한 별의 수를 세었다. 이 방법으로 그는 별의 밀도가 우리 은하 중심 방향으로 갈수록 증가한다는 사실을 발견했다. 윌리엄 허셜의 아들 존 허셜은 아버지의 연구를 물려받아 남반구 하늘에서 같은 작업을 수행했고, 남반구에서도 은하 중심 방향으로 갈수록 별이 많아짐을 알아냈다. 또 윌리엄 허셜은 몇몇 별은 시선 방향과 일치하게 자리 잡지 않으며 동반 천체를 거느리는 쌍성 구조를 지님을 발견하였다.
올레 뢰머
파리 시에서 그는 1675년부터 목성에 의한 위성의 식을 관측하여 식에 걸리는 시간이 지구가 목성과 가까워 질 때는 이론치에 비해 짧고 지구가 목성과 멀어질 때는 길어진다는 사실을 알게 되었다. 그는 이 현상이 빛의 속도가 유한하기 때문이라고 생각하고, 빛의 속도를 계산하여 1676년에 이를 논문으로 발표하였다. 그의 관측에 따르면 지구와 목성이 충의 위치에 있을 때 목성과 목성의 위성 이오의 식이 일어나는 시간은 이론치에 비해 11분 늦어졌고, 합의 위치에 있을 경우 11분 빨라졌다. 따라서 빛이 지구 궤도의 지름을 통과하는 데 22분이 걸린다는 결론을 내렸으며, 이를 통해서 빛의 속도를 계산할 수 있었다.
안테나
1885년 토마스 에디슨에 의해 처음 안테나가 쓰였으며 특허를 받았다. 이후 1888년 하인리히 루돌프 헤르츠에 의해 사용되어 제임스 클럭 맥스웰이 예견한 전자기장을 증명하는 데 이용되었다. 헤르쯔는 파라볼라형 반사체의 초점 위치에 다이폴 방사체를 설치하여 실험 하였다.
광년
다른 정밀한 수치들은 일관된 IAU 계를 바탕으로 도출되지 않았다. 일부 최근의 자료에서 볼 수 있는 값인 9.460536207 x 10 미터는 365.2425일 (31,556,952초)로 이뤄진 그레고리년과, 정의된 빛의 속도(299,792,458 m/s)를 바탕으로 나온 값이다.
빛
르네 데카르트는 빛이 lbn al-Haytham과 Witelo의 "형태"뿐만 아니라, 베이컨, Grosseteste, 케플러의 "종"을 거부하고, 발광체의 기계적 특성이었다고 말했다. 1637년에 그는 빛의 굴절 이론을 발표했다. 그의 이론은 불확실했다. 빛이 중간 밀도보다 적은 밀도보다 더 빠르게 이동한다고 가정하였다. 데카르트는 음파의 행동을 비유하여 결론에 도착했다. 비록 데카르트는 상대 속도에 대해 잘못이 있었지만, 그는 빛이 굴절을 다른 물질의 빛이 속도에 대해서 정확한 가정을 했다. 데카르트는 처음으로 기계적 비유를 사용하지 않았지만 그가 분명히 빛 발광체 및 전송 매체의 기계적 특성이라고 주장하기 때문에, 데카르트의 빛 이론은 현대 물리 광학의 시작으로 간주 한다.
길이
1983년 제 17차 국제 도량형 총회(CGPM)에서 1960년대 이후 개발된 레이저 빛은 멀리까지 퍼지지 않고 직진하기 때문에 길이 측정에 유용함이 입증되었고, 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 빛의 속력은 항상 일정하므로, 빛을 이용하여 길이를 정의하자는 의견이 반영되었다. 그 결과 제17차 국제 도량형 총회에서 미터를 진공 속에서 1/299,792,458초 동안 빛이 진행한 거리로 정의하였다. 현재 한국의 국가길이 표준기로서는 요오드 안정화 헬륨-네온 레이저를 이용하며 그 진공 파장의 길이를 사용한다. 요오드 분자(I)의 포화습수분광(11-5밴드, R(127))의 전이선의 초미세구조선(a-16또는 f)에 주파수 안정화 하여 사용한다.(미터는 요오드안정화 헬륨-네온 레이저 진공파장(a16 또는 f)의 1 579 800.762 배와 같다, 요오드 안정화 헬륨-네온 레이저 진공파장: 632 991 212.58 fm)
라이트 판타스틱
뉴턴의 빛과 색에 관한 첫 생각은 엄청난 자기 관찰에서 이루어졌다, 마치 자신의 정신 안을 들여다본 것 같이 말이다. 그는 몇 시간 동안 태양을 바라보다가 스스로 어두운 방에 갇힌 채 태양의 상을 떠올리려고 애썼다. 그리고 그의 실험들은 더 극적이게 되었다. 그는 우리가 보는 상이 압력에 따라서 바뀌는지, 즉 우리의 눈을 어떤 것이 누르면 상이 바뀌는지, 또 우리가 생각하거나 꿈꿀 때 보는 상에 대해 알고 싶어했다. 그래서 뉴턴은 나무로 만든 바늘을 눈알과 뼈 사이에 집어넣고 눌렀다. 그런 위험한 실험을 통하여 색을 띠는 원이 눈의 초점 바로 위에 나타나며 그 색은 무지개의 색 순서와 같다는 것을 알아내었다. 뉴턴은 자신의 시력을 담보로 연구할 정도로 빛의 현상을 밝혀내는 데 집중해 있었기에 우리가 눈 안에서 보는 것을 생각 밖으로 끌어내어 외부 세상에 나타낼 수 있는 방법이 없는지 알아내려 하였다. 뉴턴은 프리즘, 렌즈와 거울을 이용하면 그렇게 할 수 있다고 추측했다. 뉴턴은 데카르트의 빛과 색에 관한 기계적 이론이 말도 안 되는 엉터리라는 것을 밝히겠다는 목표가 있었다. "어떤 신사가 색은 기계적이고 프리즘이 흰 색을 빛을 띠게 만들어주는 것이라고 주장했지만, 이 이론은 불충분할뿐만 아니라 지성적이지 못하다"라고 하였다. 뉴턴은 그의 빛에 대한 이론의 운명을 결정해줄 몇 개의 실험을 계획했다. 뉴턴은 창문 셔터에 작은 구멍을 뚫어서 반대편 벽에 태양빛이 비치도록 하고는 태양빛을 프리즘에 비추었다. 그 후 매우 조심스럽게 프리즘을 놓아서 태양빛이 입사하는 각도가 나가는 각도와 같도록 프리즘을 조절하였다. 몇 주간 노력한 끝에, 그는 드디어 인공적인 무지개를 만들어낼 수 있었다. 그리고 그는 이 빛 띠에 이름을 붙였는데 그 이름은 바로 '[[스펙트럼]]'이었다. 사상 처음으로 뉴턴은 태양빛의 색을 측정했던 것이다. 몇 백년 후 스펙트럼에 관한 지식은 [[엑스선]], [[전자파]], [[자외선]]과 [[적외선]]으로 이어졌다. 심지어 [[별]]들이 무엇으로 이루어졌는지 밝혀내는데 쓰이기도 하였다.
빛의 속력
formula_20, formula_21
프란체스코 마리아 그리말디
그는 에서 프리즘에 의한 빛의 스펙트럼에 대해 처음으로 논하였다. 빛의 회절 현상·빛의 간섭·분산 등을 연구했으며, 빛의 파동 이론을 처음으로 생각해 냈다.
로버트 훅
뉴턴은 1666년에 광학 실험을 시작했다는 문장에서, 그가 빛에 대한 관심을 마이크로그라피아를 통해 가지게 되었다는 것이 나타나 있다. 하지만, 뉴턴은 훅의 연구성과를 본격적으로 인용하지 않고, "훅 씨가 마이크로그라피아의 어딘가에서 두 개의 쐐기 같은 투명한 용기를 만들었다고 보고했던 예기치 않은 실험"이라는 식으로 참고 사실만 표현하고, 그 저작의 가치를 평가절하했다. 훅은 자신보다 나이가 적은 뉴턴에게 제대로 대접받지 못했다는 생각으로 친구들에게 항상 그 불만을 표출했다고 한다. 이런 예화는 이것 뿐만은 아니다. 뉴턴이 프린키피아(Principia)를 출판했을 때, 훅은 중력의 법칙과 관련된 부분에 있어서 자신의 선행연구(실제로 훅은 뉴턴보다 역제곱 법칙을 더 먼저 주장하였다.)가 충분히 인정받지 못한 사실에 대하여 적개심을 불러 일으키게 된다.
과학적 방법
1021년, 알하이삼은 빛이 직진한다는 것을 추측이 아닌 관찰을 통해 증명하였다. 이것은 최초로 과학적 방법을 사용하여 자연 현상을 설명한 기록 가운데 하나이다. 이븐 알하이삼의 《광학의 서》(1021년)는 동일 매질에서 빛이 직진한다는 것을 기록하고 있다. 이 책은 훗날 유럽에서 라틴어로 번역되었고 자연 과학 발전에 큰 영향을 주었다.
빛의 속력
1983년에 개최된 17회 CGPM에서 미터를 빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 움직인 거리라고 재정의하였다. 이 정의로 인해서, 진공에서의 빛의 속도는 정확히 299,792,458m/s 가 되었고, 이것이 현재의 SI 단위가 되었다. 향상된 실험적인 기술들은 더 이상 SI 단위로 지정된 빛의 속도에 영향을 주지 못했지만, 대신해서 더욱 정밀한 미터의 정의를 세울 수 있게 해주었다. 즉, 빛의 속도가 오차가 있는 부정확한 숫자가 아닌, "정확한 값" 이라고 말할 수 있는 이유는 빛의 속도를 "정의" 내렸기 때문이며, 이에 따라 미터의 정의가 내려진 것이기 때문이다.
온도계
영국에서 처음으로 알코올 온도계를 사용한 보일은 온도가 일정한 경우의 공기의 압력과 부피의 관계를 발견하였으나 프랑스의 실험 물리학자인 아몽통(G. Amontons, 1663~1705)은 여기서 힌트를 얻어, 밀폐된 공기의 압력 변화로 온도를 알 수 있는 공기온도계를 만들었다. 이 때 공기의 압력과 온도의 관계에 관하여 그가 행한 연구는, 후에 기체의 상태 방정식의 기초가 되는 중요한 것이었다. 이리하여 공기의 역학은 진보하였다.
뉴턴 운동 법칙
1916년에 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 인류가 이때까지 해왔던 모든 예상 척도를 뛰어넘는 설명을 가능하게 해주었다. 하지만 빛의 속도에 비해 매우 낮은 속도에서는 아인슈타인의 상대론적 모형은 고전역학으로 수렴한다.
즉, 속도가 빛의 속도에 비해 매우 작으면 속도의 로런츠 인자 formula_12는 1에 수렴한다.
자외선
자외선은 1801년 독일의 물리학자 요한 빌헬름 리터가 가시 스펙트럼의 반대편의 보라색 보다 짧은 스펙트럼 빛을 관찰하면서 발견되었다. 그는 빛에 반응하는 염화은을 바른 종이를 이용하여 보라색의 외부의 눈에 보이지 않은 빛을 발견했다.
베가
지구에서 베가까지의 거리는 뒷배경의 별들에 대해 베가가 움직이는 정도(시차)를 통해 알아낼 수 있다. 최초로 항성의 시차를 공표한 사람은 프리드리히 게오르그 빌헬름 폰 슈트루페로, 베가의 시차를 0.125 초각이라고 주장했다. 그러나 프리드리히 베셀은 백조자리 61의 시차를 0.314 초각으로 측정한 뒤, 베가의 시차가 원래 값의 거의 두 배로 잘못 측정된 것이 아니냐는 의심을 품었다. 이에 슈트루페는 원래 베가의 시차값을 두 배로 늘려 수정했으나 이로 인해 그의 자료에 대해 천문학계가 보내는 불신감은 커졌다. 이후 베셀의 시차 자료가 출판되었는데 슈트루페 및 당대 천문학자 대다수가 이 자료값을 신뢰했다. 그러나 놀랍게도 슈트루페가 최초로 측정했던 베가의 시찻값은 현재 기술로 정교하게 측정된 수치와 거의 차이가 나지 않는다.
일기도
세계 최초의 근대식 일기도는 1820년 독일의 물리학자 하인리히 브란데스(Brandes, Heinrich Wilhelm)가 도서관에 보존된 관측 자료를 모아서, 1783년 3월 6일의 유럽 서부 지역에 대하여 그린 것으로, 기압의 등편차선과 풍향이 기입되어 있었다.
시간
여기서 빛의 속도는 어떠한 경우에도 299,792,458m/sec 로 일정하다는 기본 가정에 따라 기존의 갈릴레이의 상대성 이론은 부정되게 되는데, 그 이유는 빛의 속도에는 어떠한 다른 속도도 더해지거나 감해질 수 없기 때문이다. 또한 이러한 광속 불변의 원리에 따라 ‘빛시계’를 가정하면, 움직이는 물체 안에서 시간은 더디게 간다는 결론을 도출 할 수 있다. 빛 시계는 일정한 거리를 위아래로 한 번 왕복하고 돌아오면 1초가 지나는 시계이다. 이 시계를 움직이는 기차 안에 두면, 이 빛이 이동하는 거리는 기차 밖에 있는 빛 시계의 빛이 이동하는 거리보다 길어지게 된다. 빛은 언제나 같은 속도로 움직이기 때문에 결론적으로 기차 안의 시간은 느리게 가게 되는 것이다.
자기
패러데이의 자기와 전기현상에 대한 발견 이후, 스코틀랜드 과학자인 제임스 클러크 맥스웰은 이때까지 관측된 자기현상과 전기현상을 바탕으로 전자기학 이론 을 도입하였다. 전자기학 이론은 물리학에서 위대한 이론 중의 하나로 평가되고 있는데, 왜냐하면 자기와 전기 현상에 대한 이론을 통합했으며 나아가 빛이 전기장과 자기장 진동의 형태로 진행한다는 성질을 설명하기 때문이다. 더욱이 전자기학 이론은 빛이 관성계에 관계없이 일정한 속도로 진행한다는 것을 설명했고, 이는 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로 이어진다.
적외선
역사적으로 적외선의 존재가 처음 입증된 것은 1800년 독일 출신의 영국 천체학자인 윌리엄 허셜에 의해서였다. 허셜은 스펙트럼으로부터 분리되는 색깔들의 온도를 측정하기 위하여 각 색깔들에 수은온도계를 설치하여 온도를 측정했는데 우연히 빛이 보이지 않는 부분에서도 온도가 상승하는 것을 발견했다. 이는 열기가 눈에 보이지 않는 빛의 상태로도 전달된다는 사실을 발견한 최초의 실험이었다.
발터 카우프만
발터 카우프만(, 1871년 6월 5일 ~ 1947년 1월 1일)은 독일의 물리학자이다. 질량이 속도에 따라 변한다는 점을 최초로 실험으로 증명하여 유명하다. 이 실험으로 특수 상대성 이론을 포함한 현대물리학의 발전에 기여하였다.
카를 페르디난트 브라운
카를 페르디난트 브라운 (Karl Ferdinand Braun, 1850년 6월 6일 -1918년 4월 20일)은 독일의 물리학자이다. 전파를 받아 영상으로 바꾸는 '브라운관'을 발명하였다. 마르부르크 대학과 베를린 대학에서 배우고, 그 후 스트라부르크·칼스루에·튀빙겐의 각 대학 교수를 지냈다. 그의 브라운관 발명은 무선 통신에 크게 도움이 되었다. 1909년 마르코니와 함께 노벨 물리학상을 받았다. 또한 열 역학에 대한 연구로도 유명한데, '르 샤틀리에·브라운의 법칙'을 세웠다. 전위계, 오실로그래프, 브라운관의 발명을 비롯한 전자기학의 분야에 업적을 남겼다.
레옹 푸코
1844년 이후 그는 과학 교과서와 신문의 과학 기사 등을 써서 생계를 유지했다. 그러다가 그는 피조와 함께 다양한 빛의 강도에 대한 공동 연구를 시작했다. 아크 램프의 탄소, 산수소 취관의 석회, 태양광 등을 적외선 방사에 의한 간섭, 색 편광, 경로의 길이에 따른 분광 등을 이용하는 것이 당시에 그들이 사용했던 연구 방법이었다. 그리고 1845년에 다게레오 타입의 은판 사진술을 이용해 태양의 자세한 사진을 찍는 데에 성공했다. 그러다가 1847년에 태양광이 간섭을 일으키는 파동의 성격을 가지고 있다는 사실을 발견하고, 빛의 속도를 측정할 수 있는 장치의 개발을 지휘했다. 그 결과 피조-푸코 장치를 만들었고, 그것을 이용해 1850년 피조-푸코 실험으로 알려진 빛의 속도를 측정하는 실험을 진행하였다. 이 실험을 통해 물속에서의 빛의 속도를 측정하여 그것이 공기 중에서보다 늦다는 것, 즉 빛의 속도는 매질에 따라 달라진다는 것을 실증하였고 이를 토대로 빛의 파동설을 확립하였다. 하지만 이 이후에는 피조와 결별하고 각자 독립적인 연구를 이어나갔다.
존 커 (물리학자)
커 효과는 100ns정도의 아주 짧은 순간의 사진을 찍기위한 Kerr Cell에도 사용된다. 1928년 Karolus&Mittelstaedt는 Kerr cell을 이용해서 빛의 속도를 측정하기 위한 빛을 만들어 내었다. 기존의 기계적인 방법을 이용해서 만들수 있었던 최대 진동수는 10kHz였지만, Kerr cell은 10MHz로 훨씬 짧은 순간동안의 빛을 만들 수 있었다.
광년
1968년 부터 1983년까지는 IAU 1964 개정 천문 상수계가 사용되었고, 태양년(율리우스년이 아닌)과 관측된(정의된 수치가 아닌) 빛의 속도가 이에 포함되어있었다. 사이먼 뉴컴의 역기점(J1900.0) 기반의1 태양년(31,556,925.9747 역표시 초)과 299,792.5 km/s 의 빛의 속도로부터 계산된 1 광년은 9.460530 x 10 미터로, 이들 수치는 1973년 자료처럼 꽤 오래된 출처로부터 도출된 결과 에서 찾을 수 있는데 2000년까지는 갱신되지 않았다.
흑체
1886년 미국의 천문학자인 랭글리(S. P. Langley, 1834-1906)는 적외선의 강도를 잴 수 있는 볼로미터(bolometer)를 개발해서 흑체구리에서 발생하는 에너지와 태양에서 발생하는 에너지를 비교하는 실험을 통해 정량적인 흑체 복사 법칙을 발전시킬 수 있는 토대를 마련해 주었다. 볼로미터를 이용한 랭글리의 실험은 여러면에서 정성적이고 상당히 엉성한 것이었지만, 곧 여러사람들에 의하여, 실험적 차원에서 더욱 정교한 정량적 수준으로 발전했다. 그리고 1888년 하인리히 헤르츠가 전자기파의 존재를 발견한 뒤에야 많은 사람들은 가시 광선이나 열복사에 맥스웰의 전자기 법칙을 적용하기 시작할 수 있었다.
빛의 속력
이 식으로 빛의 속도 formula_1는 측정값 formula_19 회전거울의 회전속도, 측정값 formula_22로 계산 가능해진다.
빛의 속력
20세기 중반부터 말까지 빛의 속도를 점점 더 정확하게 측정하는 실험들이 생겨났다. 1972년, 레이저의 간섭을 이용한 기술로 빛을 측정하는 방법과 1960년 당시의 미터의 정의를 이용하여 콜로라도에 있는 NBS에 속한 한 단체가 진공에서의 빛의 속도는 c=299 792 456.2±1.1 m/s라고 결정하였다. 이 측정값은 이전에 널리 사용되던 값보다 백배 정도 불확실한 값이었다. 이 불확실성은 미터에 대한 정의 때문이었다. 다른 비슷한 실험들에서 c의 값이 계속 비교되자, 1975년, 제 15회 Conférence Générale des Poids et Mesures(CGPM)에서 빛의 속도를 299 792 458 m/s라고 지정하였다
빛의 속력
지금까지 빛의 속도는 광원에서 방출된 빛을 거울에 반사시키고 검출기로 검출하여 측정하였다. 빛은 광원의 원자에서 방출되고, 실험실에 놓인 거울의 원자에서 재방출된다. 빛을 입자라고 보고 원자에서 방출되는 빛의 속도가 원자에 대한 상대속도로 일정하다면, 그 원자가 실험실에 있는 한 측정값은 언제나 같을 수 밖에 없다. 어떤 별빛이라도 일단 거울에서 반사되는 순간 우리가 알고 있는 속도로 재방출된다.
홀로그램 우주
홀로그램 우주 가설은 미국 태생의 물리학자인 데이비드 봄이 처음으로 주장한 가설인데, 그 자체는 양자역학에 대한 의문점에서 출발했다. 그는 EPR 역설에서 양자역학의 측정 결과를 빛의 속도보다 빨라야만 측정할 수 있다고 알베르트 아인슈타인이 의문을 제기한 것에 대해서, 그것이 전자가 상호연결되어있기 때문에 가능한 것이라고 주장했다. 봄은 버클리 방사선연구소에서의 실험을 통해 플라스마 속에 전자들이 들어왔을 때 전자들이 개별로 활동하는 것이 아니라 서로 연결되어 있는 전체의 일부처럼 조직적인 활동을 한다는 것을 알아냈고, 이것을 플라스몬이라고 명명했다.
시간
이러한 시간지연 효과는 시간은 어디서나 누구에게나 일정한 속도로 흘러간다는 기존의 관념을 통째로 뒤엎는 것이었다. 시간은 속도와 움직임이 다른 개체들에게 모두 다르게 흘러가며 누구에게나 동일하게 흘러가는 시계란 처음부터 존재하지 않게 되는 것이다. 이러한 시간지연 효과는 인간의 감각으로는 알아 챌 수 없을 만큼 미미하기 때문에 처음에 사람들은 이러한 아인슈타인의 주장을 받아들이지 못하였다. 그러나 이 효과는 1971년, 비행기로 지구를 동쪽과 서쪽방향으로 돈 후 시계를 비교해 본 결과 실제로 서쪽으로 돈 시계는 0.000027초, 동쪽으로 돈 시계는 0.000006초 느려진 것이 확인 되어 사실로 증명되었다. 또한 오늘날에는 우리들이 쓰는 스마트폰, 인공위성 등 다양한 기기에 정확한 시간을 조절하는 원리로 광범위하게 사용되고 있다.
상대성 이론에 의하면 절대적 동시라는 것은 있을 수 없다. 멈춰있는 어떤 사람에게 다른 방향에서 오는 두 불빛이 동시에 반짝인다면 이것은 그 사람에게 ‘동시에’ 일어난 사건이라 할 수 있다. 그러나 앞이나 뒤로 이동하고 있는 사람에게 이 불빛은 동시에 반짝이지 않는다. 빛의 속도는 항상 일정하기 때문이다. 즉, 움직이고 있는 사람 입장에서는 어느 순간 한 불빛과는 점점 가까워지는 반면, 다른 한 불빛과는 점점 멀어지기 때문에 가까이 다가가고 있는 불빛을 먼저 보게 되고, 멀리 떨어져가는 불빛은 나중에 보게 된다. 결론적으로, 운동 상태와 위치에 따라 서로 다른 개체들에게 ‘동시’란 모두 다르게 관측된다.
애덤 리스
그는 1998년에 브라이언 슈밋과 함께 연구를 시작하였다. 그들은 초신성을 관찰함으로써 지구의 팽창 속도가 줄어들고 있다는 기존 이론의 오류를 발견했다. 초신성이 지구에 보내는 빛의 색을 분석하여 우주가 가속 팽창을 한다는 이론을 세웠다. 솔 펄머터는 이 둘과 거의 동시에 유사한 결론을 도출했다. 따라서, 이 세 명의 과학자는 우주 가속 팽창 이론으로 노벨 물리학상을 공동으로 수상하게 되었다. 그들은 암흑 물질의 본질을 이해하기 위한 연구를 시작하기도 하였다.
올레 뢰머
뢰머는 빛의 속도는 지구의 지름에 해당하는 거리를 1초보다 훨씬 적은 시간에 지날 수 있을 정도로 빠르다는 규모의 비교 증명으로 추론을 시작한다.
빛의 속력
formula_38 formula_39
척 예거
찰스 엘우드 예거(, 1923년 2월 13일 ~ ) 간단히 척 예거()는 미국 육군 및 미국 공군 군인이다. 퇴역시 계급은 공군 준장이며, 공식 기록에서 세계 최초로 음속을 돌파한 인물로 알려져 있다.
물리학의 역사
앨버트 마이컬슨과 에드워드 몰리는 에테르가 존재한다는 가정 하에 빛에 속도를 측정하기 위한 장치를 고안하였다. 1887년 실행하였던 마이켈슨-몰리 간섭계를 이용한 실험에서 지구의 회전과 에테르의 방향에 따른 빛의 속도를 측정하였다. 하지만 여기서 에테르의 영향을 확인하지는 못하였다. 당시의 과학자였던 로렌츠는 이러한 실험적 사실을 고전 전자기학을 통해 증명하기 위해 미봉가설을 제기하였다.
빛의 속력
빛의 속력() 또는 광속은 진공에서 299 792 458 m/s라는 정확한 값이며, 국제적으로 formula_1라고 표기한다. 빛의 속력은 기본 물리 상수로, 길이 단위인 미터는 이것으로부터 정의되었다. 특수 상대성 이론에 따르면, c는 우주의 모든 에너지, 물질, 정보가 가질 수 있는 속도의 최댓값이며, 최근 이론에 따르면 중력파의 속력이기도 하다. 질량이 없는 입자와 장(場; 빛과 같은 전자기 복사를 포함한다)은 c로 진행하며, 관성계에서는 관찰자의 속도와 관계없이 입자와 파동은 c로 진행한다. 상대성 이론에 따르면, c는 시간과 공간을 연관시키며, 질량-에너지 등식 E=mc²에도 등장한다. 특수 상대성 이론에 따르면 모든 움직임, 즉 물질의 이동 속도는 물론, 질량을 가진 게이지 보손도 빛의 속력보다 더 빨리 움직일 수 없다. 오직 불변 질량이 0인 물체(예를 들면 광자)만이 빛의 속력으로 전파될 수 있다.
광학
그러나 광학이 체계적으로 연구되기 시작한 것은 17세기 이후의 일로써, 안경 제작자였던 한스에 의해 망원경이 세상에 알려지면서 갈릴레이, 요하네스 케플러, 데카르트 등이 이를 발전시켰다. 당시에는 빛이 에테르(ether)라는 가상의 매질을 통해 전파된다는 에테르 설이 지배적이었다. 이후 아이작 뉴턴은 태양광을 프리즘에 통과시켰을 때 굴절률에 따라 색상이 분해된다는 것을 관찰하였고, 1704년 《광학》을 출판하면서 빛을 일종의 입자로 설명하였다. 한편, 크리스티안 하위헌스는 빛을 파동으로 여겼고, 이를 바탕으로 빛의 반사와 굴절을 완벽하게 설명하는 수리 모형을 수립하였다.
가브리엘 리프만
가브리엘 리프만 (Gabriel Lippmann 1845년 8월 16일 - 1921년 7월 13일)은 프랑스의 물리학자이다.컬러사진 감광판을 발명한 공로로 1908년에 노벨 물리학상을 받았다.
오레스트 흐볼손
오레스트 다닐로비치 흐볼손(, 1852년 11월 22일(그레고리력 12월 4일) 상트페테르부르크 ~ 1934년 5월 11일 레닌그라드)은 러시아의 물리학자이다. 그는 중력렌즈 효과를 최초로 연구한 물리학자들 가운데 한 사람으로 주목받고 있다.
특수상대론의 역사
1911년에 막스 폰 라우에는 광선이 둘로 쪼개저서 서로 반대방향의 궤도를 따라 진행하는 플랫폼을 생각했다. 두 광선이 한 점으로 돌아오면 간섭무늬를 만들면서 플랫폼을 빠져나가도록 설계되어있었다. 라우에는 플랫폼이 회전하고있을 때의 간섭무늬의 변위를 계산하였다. 빛의 속도는 광원의 속도에 무관하기 때문에, 한 광선은 다른 관선보다 더 짧은 거리를 진행한다. 이러한 종류의 실험이 1913년에 조르주 사냐크()에 의해 수행되었는데, 사낙은 실제로 간섭무늬의 변위를 측정할 수 있었다(사냐크 효과). 사냐크 자신은 이 결과가 정지 에테르 이론을 뒷받침하는 것이라고 생각하였으나, 라우에의 계산은 이 결과가 특수상대론과도 일치함을 확인할 수 있었는데, 이는 두 이론에서 모두 빛의 속도는 광원의 속도와 무관하기 때문이다. 사냐크 효과는 푸코 진자와 같은, 역학적 회전의 전자기학적 대응이라 생각할 수 있다. 1925년, 사냐크의 실험을 약간 변형한 Michelson–Gale–Pearson 의 실험은 지구의 각속도 역시 특수 상대성 이론과 정지 에테르 이론 모두와 일치함을 확인하였다.
빛의 속력
1905년, 아인슈타인은 진공에서의 빛의 속도는 관찰자의 운동상태와 무관하다고 간주하였다. 이것과 상대성 원리를 바탕으로 그는 특수 상대성 이론을 이끌어내었다. 특수 상대성이론에서는 진공에서의 빛의 속도 c는 기본적인 상수로 간주되며, 빛과 무관하게 나온다. 이 특수 상대성이론에 의해 에테르이론의 개념들은 쓸모없게 되었고 시공간적인 개념이 혁명을 이루게 되었다.
레옹 푸코
장 베르나르 레옹 푸코(, 1819년 9월 18일 ~ 1868년 2월 11일)는 프랑스의 물리학자이다. 지구의 자전을 실험으로 증명해 보인 최초의 과학자이다. 이탈리아의 소설가 움베르토 에코의 소설 《푸코의 진자》(1988년)의 모티브가 된 인물이다.
빛의 속력
앨버트 마이컬슨과 에드워드 몰리(Edward Morley)는 1887년, 현재의 케이스 웨스턴 리저브 대학교(Case Western Reserve University)에서 물리학의 역사상 가장 중요한 실험 중 하나인 마이컬슨-몰리 실험을 하였다. 이 실험의 결과는 광학적 에테르 이론을 부정하는 최초의 유력한 증거가 되었다. 이 실험은 또한 두 번째 과학 혁명의 이론적 관점의 시발점이라고 불리기도 한다
앨버트 마이컬슨은 이 실험으로 1907년에 노벨 물리학상을 수여 받았다.
라이트 판타스틱
1919년, 개기일식이 일어났고, 아서 에딩턴이 이끄는 영국 최고의 천문학자들이 최고급 망원경과 촬영 장비로 무장해 아프리카와 브라질로 가서 아인슈타인의 우주와 시간에 관한 엄청난 생각이 맞는지 보이고자 하였다. 비교와 정교한 계산을 하는데 몇 달이 걸렸지만, 1919년 11월에 개최된 영국 왕립 천문 협회 모임에서 에딩턴과 그의 동료들은 이렇게 말할 수 있었다: “우리의 사진들은 아인슈타인이 의심의 여지가 없이 옳다는 것을 증명합니다.” 별의 위치의 작은 이동이 세상을 바꿔놓은 것이다. 갑자기, 진짜 하룻밤 사이에 아인슈타인은 세계의 유명인사가 되었다. 혁명적인 발견이 발표되는 순간, 빛에 대한 새로운 과학은 언론의 중심에 놓여졌고, 빛의 물리학은 세계적 행사로 만들어졌다. 하지만 무엇보다도, 아인슈타인이 한 것은 3000년간 인류가 빛에 대해 가져온 생각을 뒤엎은 것이었다. 고대 그리스인부터 9세기 아랍인들, 중세의 스님들부터 아이작 뉴턴, 갈릴레오에서 맥스웰까지 모든 철학자들은 빛은 직진한다는 사실을 의심의 여지 없이 받아들이고 있었다. 아인슈타인은 이것마저 틀렸다는 것을 보여주었다. 즉, 아인슈타인의 말처럼 빛은 기하학적으로 직선을 따라 이동하지는 않지만, 휜 공간과 시간을 통해 이동한다는 것이었다.
갈릴레오 갈릴레이
피사에서 출생하였으며 11세에 수도원 학교에 입학하여 인문학을 배웠고, 여기서 아리스토텔레스의 논리학에 불만을 가졌다. 아버지의 뜻을 따라 의학을 배우기 위하여 피사 대학에 입학하여 공부를 하던 중, 진자의 등시성을 발견하고 이것을 이용하여 맥박계를 고안하였다. 피사 대학을 중퇴한 후, 피렌체에서 가정교사를 하면서 수학 연구를 계속하였다. 1589년 피사 대학의 수학 교수가 되었으며 〈운동에 대하여〉를 저술하였다. 또한 높은 곳에서 무게가 각각 다른 물체를 떨어뜨리는 실험을 하여 낙체의 속도가 무게에 비례한다는 아리스토텔레스의 이론이 잘못되었음을 증명하였다. 이것이 유명한 '피사의 사탑에서의 낙체 실험'이다. 그러나 이 실험은 실제로 행해지지 않았다고 한다. 잘못된 과학 상식인 것이다.이 이야기는 갈릴레이의 전기 작가이자 신봉자인 비비아니가 갈릴레이를 돋보이게 하기 위해 지어낸것 이라고 한다. 사실은 논리적인 추론을 통해 아리스토텔레스의 이론을 반박했다고 전해진다.
크리스티안 하위헌스
하위헌스는 빛의 파동설을 주장하면서 이전까지는 무한한 속도를 가지고 있다고 여겨졌던 빛이 매우 빠르기는 하지만 유한한 속도를 가지고 있다고 주장했다. 그의 동료로서 그와 함께 연구를 진행하던 올레 뢰머는 목성의 위성인 이오의 식들 사이의 간격이 일정하지 않다는 사실을 관측을 통해 발견해 냈다. 그는 이 현상이 지구가 목성에서 멀리 떨어져 있을수록, 식의 정보를 전달하는 빛이 목성에서 출발하여 망원경에 다다르기까지 걸리는 시간이 더 길어지기 때문이라고 주장하였다. 뢰머는 실제로 1679년 11월 9일에 발생한 이오의 식이 예상했던 시각보다 10분 늦게 일어날 것이라고 정확히 예측해 내었고, 이로써 빛의 속도가 유한하다는 것을 증명하였다.
하위헌스의 어릴 적 수학교육은 간간히 그의 집에 들렸던 데카르트의 영향을 많이 받았다. 그러나 1668년 탄성체 충돌에 관한 그의 연구는 충돌에 관한 데카르트의 법칙의 오류를 보였고, 그것은 영국의 왕립 학회에게 보내졌다. 그리고 그는 그 당시에 원운동에 관해 관심이 많았으나, 데카르트의 중력에 관한 이론에 대해 생각해보았다. 그는 비록 이 당시에 데카르트의 이론에 대한 부정적인 의견을 가진 듯 했으나, 결국 아카데미 데 시앙스에 이 주제를 제시했다.
1672년 그는 빛과 망원경에 대한 이론을 듣게 되었고, 그 이론, 그중 특히 색에 관한 아이작 뉴턴의 이론이 잘못되었다고 비판했다. 그 후 1689년 그는 왕립 학회에서 뉴턴을 만났다. 여기서 그는 뉴턴에 대한 존경심을 보임과 동시에 만유인력에 관한 그의 이론을 믿지 않았다. 실제로 뉴턴의 이론에는 어떻게 한 질량이 다른 질량을 인식할 수 있는지에 대한 어떠한 것도 설명되어 있지 않았다. 이후 프린키피아와 뉴턴에 대해 하위헌스는
빛
네덜란드 출신의 프랑스 과학 아카데미 회원이었던 크리스티안 하위헌스는 빛의 파동설을 주장했다. 그는 하위헌스 원리를 통해 파동이 전해지는 방법을 설명한 것으로 그 이름이 알려져 있다. 빛의 파동설은 프랑스의 르네 데카르트와 영국의 로버트 훅이 기초하고 하위헌스가 완성한 이론이다. 하위헌스는 빛이 교차할 때 서로 방해를 받지 않고 투과한다는 이유로 빛의 파동설을 주장하였다. 만약 빛이 입자라면 충돌로 인해 반드시 빛이 흐트러지는 것이기 때문이다. 1690년 그의 빛에 관한 이론인 ‘빛에 관한 논문’을 발간하였다. 그는 빛의 파동을 전하는 매질로 우주 전체에 정지한 상태로 퍼져있는 에테르라는 물질이 있다고 주장했다. 뉴턴의 입자설과 하위헌스의 파동설은 둘 중 우세하다는 증거는 발견되지 않았으나, 뉴턴의 명성에 의해 입자설이 더 많이 지지를 받았다.
19세기가 되어 영국의 토머스 영이 ‘빛의 간섭 실험’을 발표하면서 빛의 입자설에 대한 확실한 반론이 나왔다. ‘파동의 간섭’이란, 두 파동이 중첩되었을 때 마루들은 보강간섭을 하고 골들은 소멸 간섭을 하여 줄무늬를 만드는 현상이다. 이런 파동의 간섭현상이 빛에서도 나타난 것을 영의 이중 슬릿 실험에 의해 밝혀졌다. 이런 줄무늬를 간섭 무늬라고 한다. 1803년 런던 왕립 학회에서 처음 이 실험을 발표했을 때, 학계의 권리에 부딪혀 받아들여지지 않았다. 그러나 이후 1818년 프랑스의 오귀스탱 장 프레넬은 빛의 회절을 파동설로 설명하였고, 1850년 프랑스의 레옹 푸코가 빛의 속도를 측정함으로써 파동설이 받아들어지게 되었다.
파동 이론의 또 다른 후원자는 레온하르트 오일러였다. 그는 파동이론에 의해서 회절이 더 쉽게 설명 될 수 있다고 논쟁 했다.
1815 암페어는 Fresnel에게 아이디어를 주었다. 아이디어 내용은 빛의 편광이 횡파라면 파동설에 의해 설명 될 수 있다고 하였다.
나중에, 오귀 스탱 장 프레 넬은 독립적으로 빛의 자신의 물결 이론을 일했으며, 1817 년 Académie des 과학에 발표했다.
1821년 까지 프레넬은 빛의 파동성을 수학적 방법을 통해 보여줄 수 있었다. 편광이 빛과 빛이 가로일 때 어떠한 진동이 일어나지 않을 때 파장이론에 대해 설명할 수 있었다.
파동이론의 약점은 음파와 같은 빛의 파동에서는 매질이 필요하다는 것이었다.
가상의 물질인 Luminiferous aeher은 1678년 Huygens가 마이 켈슨-몰리의 실험에 의해 19세기 후반 강한 의심을 하여 제안 되었다.
갈릴레오 갈릴레이
뉴턴의 운동 법칙의 토대가 되는 속도와 가속도의 개념을 확립했다. 이를 위해 피사의 사탑에서 실험을 했다고 알려져 있으나 이는 근거 없는 통설로 밝혀졌다.
한스 크리스티안 외르스테드
한스 크리스티안 외르스테드(: 1777년 8월 14일 – 1851년 3월 9일)는 덴마크의 물리학자이자 화학자이다. 그는 19세기 후반에 후기 칸트 철학을 완성하였고 과학에 있어서도 큰 발전을 이루었다. 외르스테드는 전자기학 부분에서 전기와 자기의 관계에 대해 발견한 것으로 잘 알려져 있는데, 그뿐만 아니라 과학 실험에 대해 명쾌하게 설명하고 이름 붙인 최초의 사람이기도 하다.
특수상대론의 역사
전기동역학과 광속도 불변의 원리에 대한 그의 관점에 대하여, 아인슈타인은 로런츠의 이론과 피조 실험에 그에게 상당한 영향을 주었다고 말하였다. 1909년과 1912년에 그는 그 원리를 로런츠의 정지 에테르 이론에서부터 얻었지만(로런츠의 정지 에테르 이론은 에테르 기준계에서 맥스웰 방정식과 광속도 불변성을 의미한다.) 이 원리가 상대성 원리와 결합되면 에테르 개념을 무용하게 만드는 것을 인식하였다고 말하였다. 그가 1907년 및 그 후의 논문들에서 밝혔듯이. 이 원리들 사이에 언뜻 보기에 모순되어 보이는 부분들은 로런츠의 지역 시간이 단지 보조적인 물리량이 아니라, 시간과 신호 속도에 의해 정의되는 양으로 생각하면 쉽게 해결된다는 것을 밝히었다. 아인슈타인 이전에도 푸앵마레 역시 지역 시간의 비슷한 물리적 해석을 발견하였고 또 이것을 신호 속도와 연결짓기도 하였지만, 아인슈타인과는 반대로 푸앵카레는 에테르 안의 시계가 진짜 시간을 보여주는 것이고, 움직이는 시계는 겉보기 시간을 보여주는 것이라는 주장을 계속하였다. 1953년 아인슈타인은 그의 이론의 진보를 다음과 같이 설명하였다.
페르마의 원리
알렉산드리아의 헤론은 빛의 진행 경로는 최단 거리를 따른다고 생각했다. 이것은 빛의 속도가 항상 일정할 때에만 가능하며, 반사 현상은 설명할 수 있지만 굴절 현상은 설명하지 못한다.
17세기에 이르러 페르마는 굴절 현상을 설명하기 위해 '페르마의 원리'라 불리는 최소 시간 원리를 주장했고, 이를 이용하여 굴절 현상을 성공적으로 설명할 수 있었다.
길이
1905년에 아인슈타인이 발표한 상대성이론에서 길이의 개념이 새롭게 정의된다. 물체의 고유길이란, 그 물체에 대해 정지한 관찰자가 측정한 거리이다. 상대성이론에 의하면 길이는 기준틀에 따라 다르게 측정된다. 즉, 길이수축(length contraction)에 의해서 물체에 대해 움직이는 기준틀에 있는 관찰자가 측정한 물체의 길이는 항상 고유길이보다 짧다.
아인슈타인의 특수상대성이론에 따르면 정지한 관찰자에 대하여 평행으로 운동하는 물체에는 길이수축 현상이 일어난다고 한다. 때문에 길이가 수축된 물체는 고유길이(Proper length)보다 짧게 측정된다. 이 때 측정되는 물체의 길이는 다음 식을 만족한다. formula_67일때, formula_68이다. 여기서 formula_69 는 로렌츠 인자, formula_70 은 고유길이이고, formula_71 는 빛의 속도, formula_72 는 움직이는 속도이다.
천체물리학
스펙트럼을 처음으로 분석한 것은 허긴스와 세키(P.Secchi)였다. 허긴스는 도플러 효과에 의한 스펙트럼선의 편이(偏移)를 검출, 1868년에 항성의 시선 속도를 측정하였고, 세키는 1866년에 다수의 항성을 조사하여 스펙트럼형으로 분류했다.
알레산드로 볼타
알레산드로 주세페 안토니오 아나스타시오 볼타(, 1745년 2월 18일 ~ 1827년 3월 5일)는 이탈리아의 물리학자이다. 연속 전류를 공급해 줄 수 있는 전지를 처음으로 개발하였다. 전압을 측정하는 단위인 볼트는 1881년 볼타의 업적을 기려 그의 이름을 따서 지어진 것이다.
빛의 속력
formula_36
마틴 라일
마틴 라일 경(Sir Martin Ryle, 1918년 9월 27일~1984년 10월 14일)은 영국의 전파천문학자이다. 혁신적인 전파 망원경을 발명했으며 1946년, 그는 동료들과 함께 라디오파를 이용해 우주를 간섭 측정한 최초의 사람들로 기록되었다. (이것은 그 해에 시드니 대학교의 조셉 포시 교수가 먼저 성공했다는 주장이 제기되었다.) 발전된 장비를 사용해 그는 그 당시 알려진 가장 먼 은하들까지 관찰할 수 있었다. 그는 케임브리지 대학교 전파 천문학과의 첫 번째 교수였으며, 뮐러드 전파 천문대의 창립 이사이기도 했다. 또한 1972년부터 1982년까지 그는 영국 왕실 천문학자였다. 그는 1974년에 앤터니 휴이시와 함께 노벨 물리학상을 받았다.
앨버트 에이브러햄 마이컬슨
또한 마이컬슨은 정확한 광속도를 구하는 실험을 반복하여 그가 얻어낸 초속 18만 6,153마일이라는 숫자는 당시 최고의 정밀도를 자랑했다.
알베르트 아인슈타인
알베르트 아인슈타인(, , 1879년 3월 14일 ~ 1955년 4월 18일)은 독일 태생의 스위스와 미국의 이론물리학자이다. 그의 일반 상대성이론은 현대 물리학에 혁명적인 지대한 영향을 끼쳤다. 또한 1921년 광전효과에 관한 기여로 노벨 물리학상을 수상하였다.
과학과 여성
헨리에타 스완 리비트는 1908년 자신의 첫 변광성 관련 연구를 발표하였다. 이는 셰페이드 변광성의 변광 주기와 밝기 사이에 분명한 관계가 있다는 것이었다. 리비트의 이러한 발견은 인류의 우주관을 완전히 바꾸어 놓았다. 셰페이드 변광성의 주기를 관측하면 밝기의 절대 등급도 알 수 있게 되고, 그에 따라 거리도 측정할 수 있게 된다. 에드윈 허블은 리비트의 발견을 토대로 항성의 거리를 측정하였고, 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견하였다. 허블은 종종 리비트가 노벨상을 받아야 한다고 말하였다. 스웨덴 과학 아카데미의 예스타 미타그레플레르는 1924년 리비트를 노벨상 후보로 올렸지만, 이미 몇 해전 사망하였다는 사실을 알게 되었다. 노벨상은 생존해 있는 사람에게만 수여되기 때문에 리비트는 노벨상을 받을 수 없었다.
라모 공식
비상대론적인 속도에서의 라모 공식은 아일랜드의 수학자 조지프 라모어가 1897년에 유도하였다. 상대론적인 속도에서의 라모 공식은 프랑스의 알프레드마리 리에나르()가 리에나르-비헤르트 퍼텐셜을 써서 1898년에 유도하였다.
하인리히 루돌프 헤르츠
하인리히 루돌프 헤르츠( Heinrich Rudolf Hertz, 1857년 2월 22일 - 1894년 1월 1일)는 독일의 물리학자이다. 일상생활에서도 자주 쓰는 주파수의 단위 헤르츠는 이 인물의 이름에서 따온 것이다. 헤르츠는 라디오파를 만들어 내는 장치를 만들어 전자기파의 존재를 처음 실증해 보였다.
에드윈 허블
허블은 성운까지의 거리를 측정해 많은 성운들이 독립된 은하라는 것을 증명하여 몇 년 동안 천문학계에서 최고의 권위를 누리고 있었다. 멀어지는 은하가 많다는 슬라이퍼의 관측 결과를 알게 되었을 때, 그는 이 현상을 밝혀야 한다는 사명감을 느꼈다. 허블은 당시 윌슨산 천문대의 천문사진가인 밀턴 휴메이슨과 함께 은하를 관측하였다. 두 사람은 일을 분담하여, 허블은 은하들까지의 거리를 측정하고, 휴메이슨은 은하들의 도플러 편이를 측정하였다. 1929년 허블과 휴메이슨은 46개 은하들의 적색편이와 거리를 측정하였고, 관측한 은하들의 데이터를 속도와 거리를 각각의 축으로 하는 그래프 위에 나타내었다. 그 그래프는 은하의 속도가 거리에 비례함을 나타내고 있었다. 허블은 이 그래프를 ‘외계 은하 성운의 시선속도와 거리 사이의 관계(A Relation between DISTANCE and RADIAL VELOCITY among EXTRA-GALACTIC NEBULAE)’ 라는 제목의 6쪽짜리 논문에 실었다. 허블과 휴메이슨은 계속 관측하여 1931년 더 멀리 있는 은하들을 측정하고 새로운 논문을 발표하였다. 그 논문은 우주가 팽창하고 있다는 것을 알려주었다. 이것은 당시 조르주 르메트르와 알렉산드르 프리드만이 제시한 대폭발 이론을 증명하는 최초의 확실한 증거였다고 한다. 그는 그의 유명세를 통하여 팔로마산의 200인치 망원경의 계획과 건립에 힘썼다. 1953년 9월 28일 허블이 뇌경색으로 세상을 떠나기 전까지 은하의 연구에 이 망원경을 사용했다고 한다.
툴리-피셔 관계
툴리-피셔 관계(Tully-Fisher Relation)는 R. 브렌트 툴리(R. Brent. Tully)와 J. 리처드 피셔(J. Richard Fisher)가 1977년에 발표한 경험법칙이다. 이는 나선 은하의 (별의 질량에 비례하는)고유 광도와 이 은하의 속도폭(회전속도 곡선의 폭) 사이의 경험적인 관계를 나타낸 것이다. 광도는 단위 시간 당 은하에서 방출되는 빛 에너지의 양을 말하며, 은하와의 거리를 알 때 광도는 은하의 겉보기 밝기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한 속도폭은 긴 슬릿을 이용한 분광학(long-slit spectroscopy)을 이용한 스펙트럼선의 이동 정도 또는 그 폭을 통해 측정할 수 있다.
헨리에타 스완 레빗
헨리에타 스완 레빗(, 1868년 7월 4일 ~ 1921년 12월 12일)는 미국의 천문학자이다. 래드클리프 대학을 졸업하고 1893년부터 하버드 대학교 천문대에서 항성의 밝기를 정리하기 위하여 사진건판을 검사하는 계산수로 근무했다. 레빗은 세페이드형 변광성의 변광 주기와 광도 사이에 상관관계가 있다는 것을 발견했다. 레빗은 생전에는 합당한 인정을 받지 못했지만, 그녀의 이 발견은 지구에서 멀리 떨어져 있는 은하들까지의 거리를 측정할 수 있는 최초의 방법을 제공한 것이었다. 레빗 사후, 에드윈 허블이 이 주기-광도 관계를 이용하여 우주가 팽창하고 있음(허블의 법칙)을 밝혀내게 된다.
일리야 프란크
그는 1930년에 모스크바 대학교를 졸업했다. 1934년에 그는 물 속에서 굉장히 빠른 속도로 이동하던 입자들에서 빛이 배출된다는 사실을 발견했다. 그와 이고리 탐은 이 현상이 광학적으로 투명한 계 안에서 빛보다 빠른 입자에 나타나는 현상이라는 이론적인 설명을 제시했다. 이 발견은 빠른 속도의 핵자를 발견하거나 그 속도를 측정할 수 있는 방법의 발견으로 이어져 핵물리학에 있어서 굉장히 중요성 있는 발견으로 알려진다. 체렌코프 효과는 방사성 동위 원소에 대한 생체의학적 연구에도 이용된다.
구스타프 달렌
닐스 구스타프 달렌(, 1869년 11월 30일 - 1937년 12월 9일)은 스웨덴의 물리학자이자, 기업가이다. AGA 회사를 설립하고, AGA 쿠커(AGA cooker)와 달렌등(Dalén light)을 발명하였다.
1912년 "등대외 부요에서 빛을 내는데 사용되는 기체 축적기와 연결해서 사용되는 자동 조절장치의 발명" 으로 노벨 물리학상을 수상하였다.
빛의 속력
피조-푸코 장치(1850) (Figure 1)는 빛의 속도를 측정하기 위해 프랑스 물리학자 이폴리트 피조와 레옹 푸코가 구상한 것이다. 이 장치는 빛이 회전하는 거울에 반사되어 20마일(35 킬로미터) 뒤에 있는 정지되어 있는 거울을 향하게 만들어 놓았다. 정지거울에 반사되어오는 시간이 지남에 따라 회전거울이 약간씩 움직이면서 빛이 원래의 방향에서 미세한 각도 차로 빗나가게 된다. 만약 거울 사이의 거리를 formula_22라 하면, 정지거울에 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간은 formula_23 이다. 회전거울이 조절가능한 회전속도formula_24로 움직인다면 그 각도는