[물리학] 빛의 속도 측정

빛의 속도 측정
(물리학 및 실험)
1. 실험 배경
- 1675년 덴마크의 천문학자 뢰머에 의하여 처음으로 빛의 속도가 성공적으로 측정되었다. 뢰머는 목성의 달 중 하나인 이오의 월식의 관측 자료에 빛 속도 측정의 기반을 두었다. 이오는 목성 주위를 도는데, 목성이 지구와 이오 사이에 있는 동안 이오가 보이지 않는 월식이 일어난다. 뢰머는 이 월식이 일어나는 시간이, 지구가 목성에서 멀어질 때 보다 목성 쪽으로 향할 때, 짧아진다는 것을 알아냈다. 그는 이러한 현상이 빛 속도가 유한하기 때문에 생기는 것이라고 바르게 해석하였다. 기하학적으로 보면, 월식이 일어나고 있는 동안 이오는 목성 뒤에 있게 된다. 그러나 지구가 목성에서 멀어지고 있다고 가정하자. 지구의 천문학자가 이오의 월식 전 마지막 모습을 보는 것은 이오가 목성 뒤로 숨는 순간이 아니라 관측자의 눈에 도착한 이오의 마지막 차단되지 않은 빛을 보는 것이다. 이오가 목성 뒤에서 나오는 때에도 비슷한 시간 지연이 있게 되지만, 지구가 멀어지고 있으므로 빛은 관측자에게 도착하기 위해서 더 먼 거리를 가야한다. 그러므로 천문학자는 월식이 실제 기하학적인 월식이 일어나는 시간보다 길게 월식을 관측하게 된다. 마찬가지로 지구가 목성을 향해 움직일 때는 월식이 짧게 관측된다. 이 월식의 시간은 약 42.5시간이고 지구가 움직이기 때문에 생기는 시간 지연 효과는 약 15초 정도이므로 한번의 현상으로는 관측하기 힘들다.
이 월식을 수년 간에 걸쳐 관측한 결과로 뢰머는 빛의 속도가 2.1X108m/sec라고 계산하였다. 그 당시 목성과 지구 사이의 거리에 관한 정확한 지식이 없어 실제보다 약 ⅓정도 적은 값을 얻었다.

[그림 1. 뢰머의 빛의 속도 측정]

2. 실험 동기
- 회전 거울을 사용하여 공기 중의 빛의 속도를 측정한다.

3. 이론적 배경
- 푸코의 방법에 의한 빛의 속도 측정

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