Riding on a Light Beam

빛에 올라타자

At the beginning of the twentieth century the world of physics was upended through another series of thought experiments. In 1879 a boy was born to a German engineer and a housewife. He didn’t start to talk until the age of three and was reported to have had problems in school at the age of nine. At sixteen he was daydreaming about riding on a moonbeam.

20세기가 시작하는 시점에 물리학 세계는 또 다른 일련의 생각실험으로 충격에 빠졌다. 1879년 독일에서, 엔지니어로 일하던 유대인 아버지와 독일인 어머니 사이에서 한 남자아이가 태어났다. 이 꼬마는 3살이 될 때까지 말을 하지 못했고, 9살에는 학교에서 학습능력에 문제가 있다는 판정을 받기도 했다. 16살에는 달빛을 올라타고 여행하는 백일몽에 사로잡혔다.

This young boy was aware of English mathematician Thomas Young’s (1773–1829) experiment in 1803 that established that light is composed of waves. The conclusion at that time was that light waves must be traveling through some sort of medium; after all, ocean waves traveled through water and sound waves traveled through air and other materials.

이 꼬마는 빛이 파동wave으로 구성되어있다는 사실을 밝혀낸 영국의 수학자 토머스 영Thomas Young(1773~1829)의 1803년 실험에 대해 알고 있었다. 이 실험의 결론은 빛의 파동이 전달되기 위해서는 그 파동이 타고 나갈 수 있는 매질이 반드시 존재해야 한다는 것이다. 어쨌든 바다의 파동(파도)은 물을 통해 전달되고, 소리의 파동(음파)은 공기나 다른 물질을 통해 이동한다.

Scientists called the medium through which light waves travel the “ether.”

그렇다면 빛의 파동(광파)은 무엇을 통해 이동할까? 그 미지의 매개체를 과학자들은 ‘에테르’라고 이름 붙였다.

The boy was also aware of the 1887 experiment by American scientists Albert Michelson (1852–1931) and Edward Morley (1838–1923) that attempted to confirm the existence of the ether. That experiment was based on the analogy of traveling in a rowboat up- and downstream in a river. If you are paddling at a fixed speed, then your speed as measured from the shore will be faster if you are paddling with the stream as opposed to going against it. Michelson and Morley assumed that light would travel through the ether at a constant speed (that is, at the speed of light). They reasoned that the speed of sunlight when Earth is traveling toward the sun in its orbit (as measured from our vantage point on Earth) versus its apparent speed when Earth is traveling away from the sun must be different (by twice the speed of Earth). Proving that would confirm the existence of the ether.

꼬마는 또한 1887년 미국의 과학자 앨버트 마이컬슨Albert Michelson(1852~1931)과 에드워드 몰리Edward Morley(1838~1923)의 실험에 대해서도 알고 있었다. 그들은 에테르의 존재를 확인하기 위한 실험을 설계했다. 그들은 빛이 에테르를 통해 이동하는 방식이 배를 타고 강을 내려가거나 거슬러 올라가는 방식과 기본적으로 비슷할 것이라고 가정했다. 노를 젓는 속도가 동일하다면 물길을 따라 내려가는 것이 거슬러 올라가는 것보다 훨씬 빠를 것이다. 마이컬슨과 몰리는 빛이 일정한 속도로 (즉, 광속으로) 에테르를 타고 이동할 것이라고 가정했다. 그렇다면 지구가 공전궤도 위에서 (지구에서 보는 시점을 기준으로) 태양에 다가갈 때와 태양에서 멀어질 때 햇빛의 속도는 (지구가 공전하는 속도의 두 배까지) 차이가 날 것이라고 추론했다. 이것을 입증하면 에테르의 존재가 확인되는 것이다.

However, what they discovered was that there was no difference in the speed of the sunlight passing Earth regardless of where Earth was in its orbit. Their findings disproved the idea of the “ether,” but what was really going on? This remained a mystery for almost two decades.

하지만 그들이 밝혀낸 사실은, 지구가 공전궤도에서 어느 지점에 있든 지구에 도달하는 햇빛의 속도에 차이가 없다는 것이었다. 결국 그들의 실험은 결과적으로 에테르라는 물질이 ‘존재하지 않는다’는 증거를 발견해낸 셈이었다. 그렇다면 빛은 도대체 어떻게 이동하는 것일까? 이 문제는 20년 가까이 미스터리로 남아있었다.