'마이컬슨-모얼리의 실험'이란?

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상대성이론을 유도한

마이컬슨-모얼리의 실험

 

 

수면파(水面波)가 진행하려면 물이 있어야 하고, 소리가 진행하려면 공기가 있어야 한다. 19세기의 과학자들은 빛이 진행하자면 물과 공기처럼 어떤 매개물이 있어야 할 것이라고 가정했다. 당시 과학자들은 빛이 나아가도록 하는 가상의 매개물을 ‘에테르’(ether)라고 불렀으며, 우주 공간은 진공이 아니라 에테르로 채워져 있을 것이라고 생각했다.

 

이러한 때에, 미국의 물리학자 앨버트 마이컬슨(Albert Michelson 1852-1931)과 에드워드 모얼리(Edward William Morley 1838-1923)는 빛의 속도를 매우 정교하게 측정할 수 있는 간섭계(interferometer)라는 장치를 만들어 '에테르 설'의 사실 여부를 확인하려 했다.

 

지구는 태양 주위를 매초 30km의 속도(빛 속도의 약 1만분의 1)로 공전하고 있으며, 태양은 이보다 더 빠른 속도로 은하계의 중심 주위를 돌고 있다. 그러므로 우주 공간에 에테르가 존재한다면, 에테르의 바람이 불어 빛의 속도에 조금이라도 영향을 줄 것이라고 두 사람은 생각했다.

 

마이컬슨과 모얼리는 1887년, 오하이오 주의 클리블랜드에서 간섭계를 사용하여, 두 가닥의 빛을 각각 직각 방향으로 보낸 다음, 빛이 반사되어 오는 속도를 4일 동안 측정했다. 그러나 두 과학자는 두 방향의 빛은 특별한 차이가 없이 같은 속도로 측정되었다. 그들의 실험은 에테르 설을 증명하지는 못했으나, 그것의 존재를 부정할 수 있는 역사적인 실험이었다.

 

또한 이 실험을 하는 동안, 지구가 태양 쪽으로 돌고 있을 때(아침 때)나, 태양과 멀어지는 쪽으로 돌고 있을 때(저녁 때)나, 빛의 속도에 변화가 없다는 사실을 알게 되었다. 즉

 

“빛의 속도는 관측자의 상대적 운동과 관계없이 일정하다.”

 

​는 사실도 알게 되었다. 이러한 실험은 아인슈타인의 ‘일반 상대성 이론’이 탄생토록 한 계기가 되었다. 마이컬슨과 모얼리 두 과학자는 에테르의 존재를 부정할 수 있는 빛의 속도 측정 실험으로 1907년에 노벨 물리학상을 수상했다. 오늘날에는 레이저를 사용하여 더 정확하게 마이컬슨-모리의 실험을 할 수 있다.

 

 

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