토머스 영 이중슬릿 실험, 빛이 파동이라는 증거가 얇은 틈 두 개에서 나왔다

200년 동안 모든 과학자가 빛을 '아주 작은 총알'이라고 믿고 있었다

혹시 손전등을 켜면 빛이 쭉 직선으로 나가는 거 본 적 있죠? 그걸 보면 빛이 총에서 발사된 총알처럼 똑바로 날아가는 '알갱이'라고 생각하기 쉬워요. 실제로 그 유명한 아이작 뉴턴도 똑같이 생각했어요.

뉴턴은 과학계의 '올타임 레전드'였어요. 요즘으로 치면 구독자 1억 유튜버가 "빛은 아주 작은 입자, 즉 알갱이다"라고 영상을 올린 셈이에요. 반박? 거의 불가능했죠. 뉴턴의 말이면 다들 고개를 끄덕였으니까요.

그래서 1700년대 내내, 과학자들은 빛을 '눈에 보이지 않는 아주 작은 공'이라고 교과서에 적었어요. 무려 200년 가까이요. 그런데 1800년대 초, 영국의 한 젊은 의사가 손을 들었어요. "잠깐, 정말 그런 거 맞아요?" 그 사람이 바로 토머스 영이에요. 의사인데 왜 빛을 연구했냐고요? 이 사람은 원래 눈의 구조를 공부하다가 빛 자체에 빠져버린, 호기심 끝판왕이었거든요.

종이에 칼로 금 두 줄을 긋고 빛을 쏘았더니, 벽에 줄무늬가 나타났다

호기심 끝판왕 토머스 영은 정말 단순한 실험을 하나 떠올렸어요. 얇은 판에 아주 가는 틈 두 개를 나란히 만들고, 거기에 빛을 쏘는 거예요. 이게 바로 그 유명한 '이중 슬릿 실험'이에요. 슬릿은 그냥 '가느다란 틈'이라는 뜻이에요.

만약 빛이 정말 총알 같은 알갱이라면, 두 틈을 통과한 빛은 뒤쪽 벽에 딱 두 줄로 찍혀야 해요. 피구공 두 개를 문틈 두 개로 던지면 반대편 벽에 두 자국이 생기는 것처럼요.

그런데 실제 결과는 완전히 달랐어요. 벽에는 밝은 줄과 어두운 줄이 번갈아 나타나는 '줄무늬 패턴'이 생긴 거예요! 이건 파도, 그러니까 물결에서만 볼 수 있는 현상이에요. 수영장에서 두 지점에서 동시에 물결을 일으키면 파도끼리 만나서 더 높아지기도 하고, 서로 상쇄돼서 잔잔해지기도 하잖아요. 빛도 똑같이 행동한 거예요. 토머스 영은 이걸 보고 외쳤어요. "빛은 공이 아니야, 파도야!"

총알이라면 절대 생길 수 없는 무늬, 그 순간 과학 교과서가 통째로 바뀌었다

"빛은 파도다"라는 토머스 영의 주장은 처음에 엄청난 비난을 받았어요. 200년 동안 뉴턴의 말을 믿어온 과학자들이 "의사가 무슨 물리학이야"라며 공격했거든요. 학교에서 반 전체가 믿는 걸 혼자 "아닌데?"라고 말한 상황을 상상해 보세요. 딱 그 느낌이에요.

하지만 실험 결과는 거짓말을 하지 않았어요. 다른 과학자들이 같은 실험을 반복해도 매번 줄무늬가 나타났거든요. 결국 과학계는 인정할 수밖에 없었어요. 빛은 정말로 파동, 즉 파도처럼 움직인다고요.

이 발견 하나가 물리학의 방향을 완전히 틀어버렸어요. 빛이 파동이라는 사실 위에 전자기파 이론이 세워졌고, 그 위에 라디오, 텔레비전, 와이파이 기술이 전부 올라갔어요. 더 나아가 20세기에는 빛이 파동이면서 동시에 입자이기도 하다는 '양자역학'까지 열렸어요. 토머스 영의 틈 두 개가 현대 과학의 문을 활짝 연 셈이에요.

네 주머니 속 스마트폰 화면도 빛의 파동 덕분에 색을 만들어 낸다

현대 과학의 문이 열린 덕분에, 지금 여러분 손 안에도 빛의 파동이 일하고 있어요. 스마트폰 화면을 돋보기로 아주 가까이 들여다보면, 빨강·초록·파랑의 아주 작은 점들이 빼곡하게 모여 있는 게 보여요. 이 점들이 빛의 파동 성질을 이용해서 다양한 색을 만들어 내는 거예요.

그뿐이 아니에요. 교실에서 쓰는 빔프로젝터, 비 온 뒤 하늘에 뜨는 무지개, 심지어 비눗방울 표면에서 반짝이는 알록달록한 색깔까지, 전부 빛이 파도처럼 겹치고 갈라지면서 생기는 현상이에요.

토머스 영이 살던 시대에는 칼로 긁은 틈 두 개와 촛불 하나면 충분했어요. 지금은 그 원리 위에 수십억 개의 기기가 돌아가고 있죠. 누군가 "정말 그게 맞아?"라고 질문하지 않았다면, 우리는 여전히 빛을 총알이라 부르고 있었을지도 몰라요. 그러니까 수업 시간에 갑자기 떠오른 엉뚱한 질문, 절대 삼키지 마세요. 그게 세상을 바꾸는 첫 번째 틈이 될 수 있으니까요.