빛
지구에 있는 모든 생명체는 태양으로부터 오는 빛이 없이 살 수 없습니다. 과학자들은 빛의 가시광선뿐만 아니라, 전자기복사를 연구하고 있습니다. 햇빛으로 인해 우리 지구의 생명체들은 지구에서 살 수가 있습니다. 우리는 이렇게 밝은 곳에서 안정을 갖습니다. 식물은 빛과 물, 이산화탄소를 가지고 유기물질을 만드는데 이것은 우리에게 기초영양을 제공합니다. 그리고 햇빛으로 우리는 비타민D를 만드는데, 이 비타민이 부족하면 뼈, 신장, 간이 취약해져 병이 생깁니다. 햇빛은 정신건강에도 필수적입니다. 겨울철이나 빛이 충분히 들지 않는 시기에 우울증을 호소하는 이들이 많습니다. 빛의 본성에 대해서는 두 가지 이론이 오랫동안 정답의 자리를 다투었습니다. 뉴턴은 빛은 자그만 입자로 구성되어 있어 광원에서부터 공간을 가로질러 일직선으로 이동한다고 생각했습니다. 한편 호이겐은 빛을 파동 같은 존재로 설명했습니다. 19세기 내내 빛에 관한 가설은 이 파동모형으로 굳어지는 듯했습니다. 토마스영은 1803년에 빛의 중첩, 간섭성질을 입증했는데 이는 파동에만 나타나는 현상입니다. 제임스 맥스웰 역시 간단한 전자기 방정식에서 광파 함수를 유도해 냈습니다. 그러나 20세기 초 원자 수준의 실험에 의해 전환점을 맞이합니다. 빛이란 예외 없이 광자라고 하는 개별 입자의 존재에서 방출됨을 입증한 것입니다. 이러한 광자가 전자를 만나면 마치 충격량과 속도를 지닌 입자처럼 행동함도 밝혀졌습니다. 이에 따라 빛에 관한 두 모형이 모두 맞음이 밝혀졌습니다. 그리하여 빛은 물질과 마찬가지로 파동적 특성과 입자적 특성을 갖는다는 양자역학이 해명된 것입니다. 대다수 경우에는 두 특성 중 어느 하나가 우세하게 나타나지만, 두 모형을 동시에 적용해야 하는 경우도 있습니다. 이에 대한 기초를 닦은 학자는 프랑스 물리학자 루이 드브로글리입니다.
현미경
중세후반에 안경이 제작되었으나 정밀광학은 현미경과 망원경이 만들어지고 나서야 탄생하였습니다. 현미경과 망원경은 유리렌즈를 투과한 빛이 일직선 경로에서 나가는 원리를 이용한 것입니다. 압축렌즈는 입사광선을 한 초점으로 집중하는데, 그러한 렌즈 두 개를 적당한 거리를 두고 나란히 배치하면 관찰자의 망막에 확대된 사물의 상이 맺힙니다. 망원경과 현미경에서 이러한 용도로 설치된 렌즈를 대물렌즈와 접안렌즈라고 합니다. 오늘날 광학장비는 계측기술, 생물의료, 천문학을 비롯해 다양한 분야에서 활용됩니다. 라디오망원경, UV탐지기, 엑스선현미경에 이르기까지 스펙트럼의 가시영역에서 비가시영역까지 모든 부분이 활용될 뿐 아니라 연구되고 있습니다. 심지어 전자와 중성자가 방출하는 입자복사를 관찰하는 현미경까지 개발되어 있습니다. 컴퓨터는 때로 전자두뇌라고 일컬어지기도 하는데, 이는 정보가 전자형태로 전송, 조자, 저장되기 때문입니다. 하지만 전기저항이 전류흐름을 제한하고 부산물로 열이 발생합니다. 이 때문에 회로는 더 작게 구성되며, 컴퓨터에는 더욱 강력한 냉각장치를 장착해야 합니다. 더욱이 전자들은 하전체로써 서로 영향을 미치므로 컴퓨터 표준 칩을 제아무리 소형으로 만든다 해도 한계가 있습니다. 이 곤란한 문제의 탈출구를 광자가 열어주었습니다. 즉 빛입자로 해결할 수 있습니다. 동일한 공간에 거의 무한 개의 광자를 담을 수 있습니다. 게다가 광자는 빛의 속도로 움직입니다. 이러한 것을 이용하여 섬유상에서는 그 많은 데이터들을 동시적으로 초고속으로 전송합니다. 이른바 비선형결정이라 불리는 순수광회로 소자를 다루는 신생학문이 많이 개발되리라는 예측을 할 수 있습니다.
물리학
1890년대부터 벌써 물리학에 대한 법칙이 거의 다 발견된 것으로 사람들은 생각하였습니다. 장차 물리학으로 노벨상을 수상하게 되는 막스 플랑크는 사물이 방출하는 열복사의 진동수 분포와 관련해 질문을 가졌습니다. 제임스 맥스웰은 전자기 복사의 성질에 관한 방정식을 만들어 냈습니다. 하지만 계속된 의문을 가지고 있었는데, 1900년, 막스 플랑크는 빛과 열복사가 개별 할당량 단위로만 방출된다는 가설을 세워 이 의문을 설명해 냅니다. 플랑크는 이 빛 꾸러미를 퀀타라고 부릅니다. 그는 이 이름이 물리학에 혁명을 일으키리라고는 생각조차 못했습니다. 1905년, 아인슈타인은 플랑크의 빛, 퀀타의 도움을 받아 광전효과를 설명해 냅니다. 1921년 그에게 노벨상을 안겨준 업적입니다. 곧이어 원자는 이의 전자들이 핵 둘레로 양자화된 궤도를 따라 움직일 때에 한해 안정적이라는 사실이 밝혀집니다. 플랑크의 퀀텀 가설이 있었기에 그전까지는 결코 불가능할 거라 생각했던 일들이 가능하게 되었습니다. 빛, 전자, 원자, 분자의 거동을 예측하는 일들이 바로 그것입니다. 양자이론의 기본 가정에 따르면 파격적인 결론이 도출됩니다. 즉 입자의 위치나 에너지는 정확히 표시될 수 없고 대신 확률로 진술될 뿐입니다. 이러한 확률은 파동함수로 구해집니다. 이로부터 빛 이론을 둘러싼 파동설과 입자설간의 오랜 논쟁도 종결되었습니다. 빛 퀀타는 입자입니다. 하지만 이의 위치를 확률로 나타내기 위해서는 이의 파동적 거동 성질을 인정해야 합니다.