하늘의 색은 확산 일사의 결과인가요?
하늘
하늘의 색은 확산 일사의 결과이다. 양지 바른 날에 지구의 하늘은 보통 파란색의 그래디언트 - (레일리 산란으로 인해) 천정(天頂)에서는 어둡고, 지평선 근처에서는 밝은 - 로 보인다. 하늘의 색은 일출과 일몰 동안에는 주황색과 붉은색으로 바뀌고, 밤에는 검은색이 된다. 낮 동안에는 하늘에 해가 보이고, 그렇지 않으면 구름으로 덮여있다. 밤 (그리고 어느 정도는 낮 동안까지) 동안에는 하늘에 달과 별들이 보인다. 하늘에 보이는 몇몇 자연적인 현상들에는 구름, 무지개, 오로라가 있다. 번개도 폭풍이 치는 동안 하늘에 보인다고 할 수 있다. 인간 활동의 결과로, 낮에는 스모그와 밤에는 밝은 빛이 큰 도시 위에서 종종 보인다 (광공해를 보라). 사람들은 새, 비행기, 연도 하늘에서 난다고 말하기도 한다.
빛
네덜란드 출신의 프랑스 과학 아카데미 회원이었던 크리스티안 하위헌스는 빛의 파동설을 주장했다. 그는 하위헌스 원리를 통해 파동이 전해지는 방법을 설명한 것으로 그 이름이 알려져 있다. 빛의 파동설은 프랑스의 르네 데카르트와 영국의 로버트 훅이 기초하고 하위헌스가 완성한 이론이다. 하위헌스는 빛이 교차할 때 서로 방해를 받지 않고 투과한다는 이유로 빛의 파동설을 주장하였다. 만약 빛이 입자라면 충돌로 인해 반드시 빛이 흐트러지는 것이기 때문이다. 1690년 그의 빛에 관한 이론인 ‘빛에 관한 논문’을 발간하였다. 그는 빛의 파동을 전하는 매질로 우주 전체에 정지한 상태로 퍼져있는 에테르라는 물질이 있다고 주장했다. 뉴턴의 입자설과 하위헌스의 파동설은 둘 중 우세하다는 증거는 발견되지 않았으나, 뉴턴의 명성에 의해 입자설이 더 많이 지지를 받았다. 19세기가 되어 영국의 토머스 영이 ‘빛의 간섭 실험’을 발표하면서 빛의 입자설에 대한 확실한 반론이 나왔다. ‘파동의 간섭’이란, 두 파동이 중첩되었을 때 마루들은 보강간섭을 하고 골들은 소멸 간섭을 하여 줄무늬를 만드는 현상이다. 이런 파동의 간섭현상이 빛에서도 나타난 것을 영의 이중 슬릿 실험에 의해 밝혀졌다. 이런 줄무늬를 간섭 무늬라고 한다. 1803년 런던 왕립 학회에서 처음 이 실험을 발표했을 때, 학계의 권리에 부딪혀 받아들여지지 않았다. 그러나 이후 1818년 프랑스의 오귀스탱 장 프레넬은 빛의 회절을 파동설로 설명하였고, 1850년 프랑스의 레옹 푸코가 빛의 속도를 측정함으로써 파동설이 받아들어지게 되었다. 파동 이론의 또 다른 후원자는 레온하르트 오일러였다. 그는 파동이론에 의해서 회절이 더 쉽게 설명 될 수 있다고 논쟁 했다. 1815 암페어는 Fresnel에게 아이디어를 주었다. 아이디어 내용은 빛의 편광이 횡파라면 파동설에 의해 설명 될 수 있다고 하였다. 나중에, 오귀 스탱 장 프레 넬은 독립적으로 빛의 자신의 물결 이론을 일했으며, 1817 년 Académie des 과학에 발표했다. 1821년 까지 프레넬은 빛의 파동성을 수학적 방법을 통해 보여줄 수 있었다. 편광이 빛과 빛이 가로일 때 어떠한 진동이 일어나지 않을 때 파장이론에 대해 설명할 수 있었다. 파동이론의 약점은 음파와 같은 빛의 파동에서는 매질이 필요하다는 것이었다. 가상의 물질인 Luminiferous aeher은 1678년 Huygens가 마이 켈슨-몰리의 실험에 의해 19세기 후반 강한 의심을 하여 제안 되었다.