광속(빛의 속도) 측정 방법

광속(빛의 속도)을 측정하는 방법은 역사적으로 여러 가지가 있으며, 기술 발전에 따라 점점 더 정밀한 측정이 가능해졌습니다. 여기에서는 대표적인 광속 측정 방법을 자세히 설명하겠습니다.

1. 로에머의 목성 위성 관측법 (1676년)

덴마크 천문학자 올레 로에머(Ole Rømer)는 목성의 위성 이오(Io)의 식(일식과 유사한 현상)을 관측하여 광속을 처음으로 측정했습니다.

• 방법: 로에머는 지구가 태양을 공전하면서 지구와 목성 사이의 거리가 변함에 따라 이오의 식 주기 변화에 주목했습니다. 지구가 목성에 가까워지면 이오의 식이 예정보다 일찍 일어나고, 멀어지면 늦게 일어나는 현상을 발견했습니다.
• 결과: 로에머는 이오의 식이 약 22분 지연되는 것을 관측하고, 이를 통해 빛이 태양계에서 이동하는 데 걸리는 시간을 계산했습니다. 이를 통해 빛의 속도를 약 214,000 km/s로 추정했습니다​ (Nature)​.

2. 휘젤의 회전 거울 실험 (1849년)

프랑스 물리학자 이폴리트 피조르(Armand Fizeau)는 회전 거울을 사용하여 지상에서 직접 광속을 측정했습니다.

• 방법: 피조르는 광선을 회전하는 톱니바퀴의 한 칸을 통해 반사시켜 일정 거리 떨어진 거울에 반사되도록 했습니다. 반사된 빛은 다시 톱니바퀴로 돌아오며, 회전 속도에 따라 빛이 다른 칸에 도달하게 됩니다. 이로 인해 톱니바퀴의 속도와 빛의 이동 시간 사이의 관계를 이용하여 광속을 계산했습니다.
• 결과: 피조르는 광속을 약 313,000 km/s로 측정했습니다​ (CAS)​.

3. 마이클슨의 간섭계 실험 (1879년)

미국 물리학자 알버트 마이클슨(Albert A. Michelson)은 간섭계를 사용하여 더 정밀한 광속 측정을 시도했습니다.

• 방법: 마이클슨 간섭계는 빛을 두 개의 경로로 나누어 다시 합칠 때 생기는 간섭 무늬를 이용하여 거리와 시간을 매우 정밀하게 측정합니다. 마이클슨은 회전 거울과 고정 거울을 사용하여 빛이 이동하는 시간을 측정하고, 이를 통해 광속을 계산했습니다.
• 결과: 마이클슨의 초기 실험에서는 광속을 약 299,796 km/s로 측정했습니다. 후속 실험에서는 더욱 정밀한 값이 도출되었습니다​ (Nature)​.

4. 현대적인 방법: 레이저 간섭계와 원자시계

현재 광속은 매우 정밀하게 측정되었으며, 국제적으로 정의된 값이 사용됩니다. 현대적인 방법에는 레이저 간섭계와 원자시계가 포함됩니다.

• 레이저 간섭계: 고도로 정밀한 레이저 간섭계를 사용하여 빛이 이동하는 시간을 나노초 단위로 측정합니다.
• 원자시계: 원자시계를 이용하여 시간 측정의 정확도를 극대화합니다. 이 방법을 통해 광속이 299,792,458 m/s로 정의되었습니다.
• 결과: 국제도량형국(BIPM)은 현재 광속을 299,792,458 m/s로 정의하고 있습니다. 이는 미터와 초의 정의에 기반한 값입니다​ (Earth.Org)​.

이와 같이, 다양한 방법을 통해 광속이 점점 더 정밀하게 측정되었으며, 현대 기술 덕분에 이제 매우 정확한 값을 얻을 수 있게 되었습니다.