1887년, 현재의 케이스 웨스턴 리저브 대학교에서 알버트 마이켈슨과 에드워드 몰리라는 두 과학자가 현재에도 과거에도 뜨거운 과학계의 감자였던 ‘빛은 파동인가? 입자인가?’ 라는 질문에서 하나의 답을 얻기 위한 실험을 진행하였습니다.
그 실험은 물리학 역사상 가장 중요하고도 최고의 실험 중 하나라고 칭송받는 마이켈슨-몰리의 실험인데요.
당시 물리학계에서는 대부분의 과학자들이 빛의 파동설을 주류 학설로 믿었습니다. 그리고 마이켈슨과 몰리라는 이 두 과학들도 이를 결정적으로 증명하기 위해 파동의 가장 큰 특징인 매질을 발견하기 위해 특수한 실험을 고안하게 되는데요. 이 실험을 이해하기 위해서는 일단 매질이 무엇인지 알아야 합니다.
매질이란, 파동이 전달되는 물질을 뜻하는데요. 예를 들어, 인간이 목소리를 내는 방법은 목 안에 있는 성대 사이로 공기가 지나가고, 이 공기가 성대를 진동 시켜 주변 공기를 떨리게 하여 상대방 고막을 거쳐 소리가 전달되는 원리와 같습니다. 바로 이 때, 소리가 공기를 타고 전달되는 과정이 바로 ‘소리의 매질이 공기다’ 라고 설명하는데요.
마이켈슨과 몰리는 바로 이 매질과 빛의 상관관계에 집중한 것입니다. 빛의 매질이 우주 어느 곳에나 존재한다면, 지구가 공전하며 움직이고 있을 때 빛의 매질, 즉 에테르는 특정한 방향으로 흐르며 일정한 방향으로 빛의 속도에 영향을 줄 것이라고 생각한 것이죠.
그 실험을 아래와 비슷한 실험 장치로 실험을 진행하였는데요.
마이켈슨-몰리의 실험 장치 예시 사진
그러나 여기서 어이없는 결과가 도출됩니다. 바로 빛은 어느 방향에서도 속도가 일정하다는 사실이었죠. 이 사실을 발견한 마이켈슨과 몰리는 빛의 속도는 어느 방향에서도 일정하다는 원리, 즉 ‘광속 불변의 원리’를 발표하게 됩니다.
이 실험은 비록 실패한 실험이지만 이 두 과학자들에게 과학자로서는 최고의 명예이자 상징인 노벨상을 수여해준 과학 역사상 최고의 실험 중에 하나 인데요.
바로 이 별것 아닌 것 같은 실험이 천재 과학자 아인슈타인에게 상대성이론의 실마리를 안겨준 엄청난 나비효과를 일으키기 때문이죠.
여러분들께서도 혹시 별것 아닌 일에 큰 영향을 받아보신 경험이 있으신가요? 항상 명확한 실험과 성공한 실험만이 과학의 발전을 이끄는 것은 아니라는 사실을 마이켈슨-몰리의 실험으로 배울 수 있었는데요.
이를 통해 실패를 두려워하지 않고 다양한 과학적 사고와 실험을 하기 위해 노력하는 여러분이 되셨으면 하는 바램입니다.