B. 광자(photon)

I therefore take the liberty of proposing for this hypothetical new atom, which is not light but plays an essential part in every process of radiation, the name photon. -Gilbert N. Lewis, 1926-

 빛은 때에 따라서 파동성과 입자성 중 어느 한쪽을 보이는 이중성을 띤다. 빛은 파동의 성질로 본다면 전자기파에 해당하지만, 빛을 입자로 보았을 때의 이름은 광자(photon)이다. 1905년 Einstein은 광양자(light quantum)라는 용어를 사용하였으나, 이후 빛을 의미하는 그리스어 φώτο(photo)​에서 유래된 ‘photon’이라는 용어를 1926년에 Lewis가 제안한 이후 여러 사람들에 의해 사용되어 왔다.

 태양이나 전구, 모닥불이나 전파 송신기 등에서 방출되어 나오는 복사(radiation)를 가리켜 전자기파라고 한다. 이것은 초당 30만km의 빛과 같은 속도로 여행하는 광자로 구성된 에너지의 한 형태이며, 광자는 다른 이름으로 파동입자(wave particle) 또는 파동묶음(wave packet)으로도 불린다. 각각의 광자는 파장과 주파수(진동수)를 가지고 있는 파동의 형태로 존재하는 작은 에너지의 꾸러미인 것이다.

​ 여기서 파장(λ)과 주파수(ν)의 상호관계는 다음 공식과 같다.

​λ × ν ​= c

​ 진공 속에서의 빛의 속도 c는 일정하다. 하지만 굴절률이 n인 매질 속에서의 빛의 속도는 c/n로 진공 속에서의 속도보다 느리다. 다양한 파장을 가진 광자들은 서로 다른 에너지 준위를 가진다. 광자가 가진 에너지는 진동수에 비례하므로 다음과 같은 식으로 표시된다.

E =​ h × ν = h × c / λ

 ​즉, 광자의 에너지는 플랑크상수(h)에 진동수(ν)를 곱한 값이며, 광자의 파장이 길면 길수록 에너지는 낮아지고 짧으면 짧을수록 에너지가 높아진다.

참고문헌

*1. Einstein A. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. Annalen der Physik 1905; 17 (6): 132–48.
*2. Kragh H. Photon: New light on an old name. History and Philosophy of Physics 2014: 1-16.
*3. Lewis GN. The nature of light. Proceedings of the National Academy of Science 1926; 12: 22-9.
*4. Lewis GN. The conservation of photons. Nature 1926; 118: 874-5.
*5. Troland LT. On the measurement of visual stimulation intensities. Journal of Experimental Psychology 1917; 2: 1-33.
*6. Tunér J, Hode L. Laser Therapy: Clinical Practice & Scientific Background. Prima Books 2002: 2-25.
 

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레이저의 구조와 원리