빛의 입자설과 파동성

  빛이 파동의 일종이라는 추론은 오래 전에 이미 아리스토텔레스에 의하여 주장되어 왔는데, 빛의 파동설이 실증적 근거로 확립된 것은 19세기 초의 일이다. 그 동안 전개된 파동설과 입자설과의 대립은 과학사상 유명한 일로서 17세기 초 C.하위헌스가 제창한 빛의 탄성파설(彈性波說)과 뉴턴이 제창한 미립자설(光素說)이 실마리가 되었다.

  그 단계에서는 뉴턴의 권위가 하위헌스의 설을 눌러버린 격이 되었다. 그러나 파동설도 전면적으로 부정된 것은 아니었으며 오히려 파동설 쪽이 물리현상을 설명하는 데 보다 타당성을 가지고 있다고 생각되어 후에 빛의 간섭을 발견한 A.J.프레넬(1788∼1827)과, 편광을 발견한 E.L.말뤼스(1775∼1812) 등에 의하여 하위헌스의 설이 인계되어 정밀한 실험의 기초 위에 파동설이 제출되었다.

  파동설은 빛을 음파와 같이 탄성파로 생각하고 있었으므로 그 매질로서 에테르라는 탄성체를 가정하지 않으면 안 되었으며, 이러한 물질을 가정하는 데는 물리적으로 많은 곤란이 있었다. 이 곤란은 후에 J.C.맥스웰이 전자기파의 존재를 이론적으로 유도하여 그 속도가 광속도와 일치함이 발견되어 빛의 전자기파설이 확립되었고, 빛의 매질은 공간 그 자체이고 물질을 매질로 생각할 필요가 없음이 아인슈타인의 특수상대성이론에 의하여 명확히 되었다.

  그러나 이 전자기파설이 빛에 관하여 그때까지 알려져 있던 많은 현상을 설명하고 물질과 빛의 상호작용에 관하여 많은 사실을 밝혔지만 광전효과(光電效果)와 같이 이 이론으로는 설명이 되지 않는 현상도 발견되었다. 이 모든 문제를 해결하기 위하여 제출된 것이 아인슈타인의 광양자설(光量子說)로서 빛은 연속적인 파동으로서 공간에 퍼지는 것이 아니라 입자(粒子:광전자)로서 불연속적으로 진행한다는 생각이 전개되었다.

  이 생각은 후에 콤프턴효과 등에 의하여 확인되었지만, 한편으로는 빛을 파동으로 생각함으로써 설명되는 현상도 있었으며, 당시의 물리학자는 이 새로운 입자설과 파동설의 모순에 고민하였다. 그 후 이러한 모순은 양자역학(量子力學)의 성립과 함께 해결되어 미시적 세계에서 자연의 본질적인 이중성임이 분명히 되어 현재는 빛을 전자기파로서 행동하지만 원자 차원에서의 에너지의 주고받음이 문제로 될 때에는 광자(光子:photon)라는 입자적 성격을 가진 에너지의 알맹이로 본다.