광속의 측정 방법 4 - 피조와 푸코

지구상에서 광속의 측정

지구상에서 측정기구를 이용하여 처음으로 광속을 측정하려고 시도한 것은 프랑스의 아르망 이폴리트 루이 피조(사진 왼쪽)와 장 베르나르 레옹 푸코(사진 오른쪽)입니다. 두 사람은 공동으로 프랑소와 아라고가 고안한 회전 거울을 사용하여 광속을 측정하는 장치를 개발하고 있었습니다만, 이윽고 의견의 대립으로부터 공동 연구를 중지하고, 각각 독자적으로 연구를 진행하게 되었습니다. 1849년 피조는 다음 그림과 같은 광원과 거울 사이에 톱니바퀴를 놓은 장치로 광속을 측정했습니다. 피조와 푸코가 공동 개발하고 있던 장치는 톱니바퀴 부분이 회전경이었지만, 피조는 회전경을 사용하지 않았습니다.

피조는 이 장치의 톱니바퀴까지의 부분은 집에 놓고, 거울을 집에서 약 8.6킬로미터 떨어진 언덕 위에 설치한 후 이 사이에 빛을 왕복시켰습니다. 톱니바퀴를 회전시키면 빛이 톱니(철기)로 차단되거나 톱니와 톱니의 틈을 통과합니다. 피조는 톱니바퀴의 회전수와 톱니수로부터 빛이 왕복하는 시간을 측정하여, 광속을 초속 약 313,000Km로 계산하였습니다. 다음해인 1850년 푸코는 회전 거울을 사용하는 장치로 광속을 측정하는데 성공했습니다. 이 장치는 약 18M의 거리에서 광속을 측정할 수 있었습니다. 푸코는 이 장치의 개량을 진행해 1862년에 광속을 초속 약 298,000Km로 계산하였는데, 이는 현재계산된 초속 약 299.792Km와 비교하였을때 오차가 0.6%에 불과한 정확한 값 입니다. 또한 이 장치는 광속을 짧은 거리에서 측정할 수 있었기 때문에 수중에서의 광속을 측정할 수 있었습니다. 당시에는 빛이 입자인지 파동인지에 대해 논란이 있었습니다. 입자설에서는 공기중에서 수중에 들어가는 빛이 수면에서 구부러지는 것은 빛의 입자가 힘을 받아 빨라지기 때문이라고 생각되고 있었습니다. 반대로 파동설에서는 공기중에서 수중에 들어가는 빛의 속도는 느려진다고 생각되고 있었습니다. 당시 이미 빛이 회절이나 간섭같은 성질들이 알려져 있어 파동설이 상당히 유력해지고 있었습니다만, 프랑소와 아라고는 수중에서 광속을 측정하면 어느 것이 맞는지 알 수 있다고 주장하였습니다. 푸코는 수중에서의 광속이 공기 중에서의 광속보다 느려지는 것을 확인하여 빛이 파동임을 증명하였습니다.