뉴턴이 생각했던 빛의 직진

17세기말에 뉴턴은 빛의 정체는 총알과 같은 입자라는 '입자설'을 주창했습니다. 같은 무렵, 호이겐스는 빛의 정체는 파도라는 '파동설'을 주창했습니다. 뉴턴은 광원으로부터 방사되는 빛에는 실체가 있고, 빛이 파라면 빛이 직진하는 것을 설명할 수 없다고 주장했습니다. 이에 반해 호이헨스는 빛이 직진하는 것은 많은 작은 구면파가 겹쳐 평면파가 되어 진행하기 때문이라고 설명했습니다. 그는 빛의 반사와 굴절의 법칙도 파동으로 설명할 수 있음을 보여주고 빛이 파도라고 주장했습니다. 호이겐스의 설명은 확실히 맞았습니다만, 빛의 현상이 입자설로 설명해도 그럴듯했던 것이나, 뉴턴의 본인이 권위도 있었기 때문에, 당시는 빛의 입자설이 유력해졌습니다. 뉴턴의 시대에는 빛은 직진한다는 것이 실험사실입니다.그러나 뉴턴이 말했듯이 빛이 총알과 같은 입자라면 빛은 중력에 끌려 떨어지면서 진행됩니다. 이 사실과 다른 부분은 어떻게 생각하면 좋을까요? 이제 초속 V0의 물체가 수평으로 튀어나올 때 물체의 운동(수평 투사)은 위와 같습니다. 공기 저항은 없다고 생각합시다.

초속 30만 킬로미터의 빛의 입자가 x 만큼 진행했을 때에 y 가 어느 정도가 되는지를 찾아봅시다.

두 가지 공식에서 y = 1/2 g (x/V0)² 됩니다. x를 1km(1000m)로 해봅니다.

y = (1/2) (9.81) (1000/300000000)²

y = 5.45 × 10-¹¹

이것은 54.5pm(피코미터: 1pm=1조분의 1미터)입니다.

수소 원자의 크기는 대체로 100pm이기 때문에, 이 값은 수소 원자의 반경 정도가 됩니다.

즉, 빛은 굉장히 빠르기 때문에 1km를 진행해도 수소 원자의 반경 정도밖에 낙하하지 않는다고 말할 수 있는 것입니다.뉴턴의 시대에는 빛의 총알이 약간 떨어지는지 어떤지 여부를 관측할 수 없었기 때문에 결국 중력의 영향은 생각하지 않아도 된다는 것입니다. 뉴턴의 주장은 "빛은 탄환과 같은 입자라도 속도가 크기 때문에 직진하는 것이다"라는 것이 됩니다.