빛이 파동설과 빛의 속도

그림과 같이 빛이 공기 중에서 수중으로 들어갈때 빛은 물과 공기의 경계면에서 굴절되어 물속으로 들어갑니다. 이때 굴절각은 입사각보다 작아집니다. 이 현상은 빛의 파동설에서는 빛의 속도가 수중에서는 느려지기 때문이라고 생각되고 있었습니다. 한편, 입자설에서는 빛의 입자가 수중에 있을 때 아래쪽으로 힘이 작용하기 때문인 것으로 생각되고 있었습니다. 빛의 입자에 아래쪽으로 힘이 작용한다는 것은 빛의 입자가 물에 들어갈 때 가속된다는 것을 의미합니다. 즉 광속은 수중에서 더 빠르게 됩니다. 이 빛의 수중에서의 굴절에 대해 빛의 입자설과 파동설의 해석의 엇갈림에 따라, 수중에서의 광속에 대해 알 수 있으면 빛이 입자인지 파동인지를 알 수 있게 된다고 생각되었습니다. 영국이 물리학자인 토마스 영도 그점을 지적하고 있었습니다만, 1800년대 초에는 수중에서의 광속을 정확하게 측정하는 기술은 없었습니다. 수중에서의 빛의 속도를 측정하기 위해 처음 시도한 것은 프랑스의 물리학자 프랑소와 아라고입니다. 그는 남들보다 빠르게 빛의 파동설을 인정한 과학자이며, 그런 관계로 오귀스탱 장 프레넬과 공동 연구를 실시하고 있습니다. 빛이 횡파인 것이 실증된 것도, 두사람의 공동 연구에 의한 것이었습니다. 아라고는 빛의 파동설을 증명하기 위해 1838년경부터 수중과 유리 안에서의 빛의 속도를 비교하는 실험을 했습니다만, 충분한 결과를 얻을 수 없었습니다. 1850년에 시력이 쇠퇴하기 시작한 아라고는 수중에서의 광속을 알 수 있으면, 빛의 입자설과 파동설의 논쟁을 끝낼 수 있다고 주장하였고, 자신이 고안한 회전거울을 이용한 광속의 측정 실험을 아르망 이폴리트 루이 피조와 장 베르나르 레옹 푸코에게 맡겼습니다. 피조는 아라고가 추천한 회전거울을 이용한 광속의 측정 실험을 도중에 포기해 버렸습니다만, 푸코는 회전 거울을 이용한 광속 측정 실험을 계속 진행하면서, 장치의 개량 또한 계속했습니다. 1850년에 푸코는 마침내 수중에서의 광속을 측정하는데 성공했습니다. 그가 측정한 수중에서의 광속은 공기 중의 광속(초속 30만킬로미터)의 약 3/4의 값, 초속 22만 5천 킬로미터였습니다. 이 실험 결과에 의해 빛은 파동이라고 결론지어져, 1672년에 시작된 빛의 입자설과 파동설의 논쟁에, 일단 종지부가 쳐지게 되었습니다.