2-2. 패러데이와 맥스웰: 빛의 정체를 밝히다

"수식 한 줄을 고쳤을 뿐인데, 빛의 정체가 밝혀졌다."

빛은 도대체 무엇인가?

빛. 너무나 익숙해서 한 번도 이상하게 느껴본 적이 없을지 모른다. 하지만 잠깐 멈춰서 생각해 보자.

태양은 지구에서 약 1억 5천만 킬로미터 떨어져 있다. 그 엄청난 거리 사이에는 거의 완전한 진공 — 아무것도 없는 빈 공간이다. 공기도 없고, 물도 없고, 줄도 없다. 그런데 태양의 빛과 열은 어떻게 이 텅 빈 공간을 건너서 지구까지 도달하는 걸까?

소리는 공기가 진동해서 전달된다. 공기가 없는 우주에서는 소리가 전달되지 않는다(영화에서 우주 폭발음이 "쾅!" 하고 들리는 것은 사실 거짓말이다). 바다의 파도는 물이 진동해서 전달된다. 물이 없으면 파도도 없다.

그렇다면 빛은? 빛은 무엇이 진동해서 전달되는 것일까? 아니면 빛은 아예 파도와 다른 무엇인가?

이 질문은 수백 년 동안 물리학자들을 괴롭혔다. 뉴턴은 빛이 아주 작은 입자(corpuscle)들의 흐름이라고 생각했다. 하지만 19세기 초, 토머스 영(Thomas Young)의 이중 슬릿 실험은 빛이 파동처럼 행동한다는 것을 명확히 보여주었다. 두 개의 좁은 틈을 동시에 통과한 빛이 밝고 어두운 줄무늬를 만들어 냈는데, 이것은 파동의 간섭(interference) 현상으로만 설명할 수 있었다.

좋다. 빛은 파동이다. 하지만 문제가 해결된 것이 아니다. 오히려 더 깊은 수수께끼가 생겼다:

"빛이 파동이라면, 도대체 무엇이 진동하고 있는 것인가?"

이 수수께끼의 답을 찾기까지, 전혀 다른 곳에서 시작된 두 갈래의 이야기가 합쳐져야 했다. 하나는 전기의 이야기이고, 다른 하나는 자기의 이야기이다. 그리고 이 두 이야기를 하나로 엮은 두 명의 영웅이 있다 — 마이클 패러데이(Michael Faraday)와 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell).