출처: https://prejuicio.tistory.com/273

천재라고 불리는 아인슈타인, 아인슈타인은 어떤 업적으로 노벨상을 받았을까요?

특수 상대성 이론 또는 일반 상대성 이론으로 받았을 것 같지만 사실은 ‘광전효과’ 라는 실험으로 1921년 노벨상을 받았습니다. 오늘은 이 광전효과에 대해 알아보겠습니다.

결론부터 말씀드리자면, 아인슈타인은 이 실험으로 빛이 입자라는 사실을 밝혔습니다.

그 전에는 빛이 입자인지 파동인지는 과학자들의 의견은 갈라졌습니다.

‘입자파 vs 파동파’로 나뉘게 된 것입니다.

갈라지게 된 계기로는 만유인력을 발견한 아이작 뉴턴이 빛이 입자라고 주장한 것과 크리스티안 하위헌스는 빛이 파동이라고 주장한 것입니다.

그리고 토머스 영(1773-1829)이 빛이 파동이라는 것을 보여 주는 실험을 했습니다.

그리고 이런 상황에서 아인슈타인 광전효과 실험을 통해 빛이 입자라는 것을 증명했습니다.

그러나 여기서 놀라운 사실이 있습니다! 광전효과는 하인리히 헤르츠(1857-1894)가 먼저 했던 실험입니다. 그러나 헤르츠는 빛이 파동이라고 믿었습니다. 그래서 실험 결과를 해석하지 못했습니다. 그리고 아인슈타인이 그 결과를 해석해 노벨상을 얻었습니다.

만약에 헤르츠가 자신의 실험 결과를 그냥 있는대로 해석을 하고 논문을 냈으면 어떻게 되었을까요?

헤르츠가 노벨상을 받게 되지 않았을까요?

광전효과 실험의 내용을 살펴봅시다!

그 전에 잔깐 파동파와 입자파의 주장을 들어보겠습니다.

1. 파동파: 밝은 빛은 진폭이 큰 파장을 뜻해!

입자파: 아니야! 밝은 빛은 빛 알갱이(입자)가 많을 거야!

2. 파동파: 푸른색 빛은 파장이 짧은 거야!

입자파: 아니야! 푸른색 빛은 빛 알개이(→ 알갱이) 하나한의(→ 하나하나의) 에너지가 큰 꺼야(→ 거야)!

이제 본격적을 실험 내용을 알아보겠습니다.

출처: 어린이과학동아 2020년 22호 오싹오싹 과학자 한풀이 대작전

빛을 쬐면 금속판의 전자가 튀어나오는 장치에 빛을 쏘고 금속판에서 전자가 튀어나옵니다. 전자가 튀어나오면 전류계에 전류가 측정이 됩니다.

밝은 빛을 때려 보면 어떻게 될까요?

파동파의 주장 먼저 들어보겠습니다.

파동파: 밝은 빛은 에너지가 크니 전자가 세게 튀어나올 거야.

-> 결과 확인

입자파: 아니야! 똑같은 세기로 튀어나왔어. 대신 전자가 많이 쏟아졌어. 알갱이가 많으니까 전자가 많이 나온 거야.

이번에는 엄청 밝은 빛을 때려 보겠습니다.

파동파: 밝은 빛은 에너지가 크니 전자가 튀어나올 거야.

-> 결과 확인

입자파: 알갱이의 에너지가 적으면 양이 많아도 소용이 없어. 센 알갱이가 없으니.

마지막으로 엄청 어두운 푸른색 빛을 때려 보겠습니다.

파동파: 약한 빛이니 전자가 안 나올 거야.

-> 결과 확인

입자파: 푸른색 알갱이는 각각의 에너지가 세니 전자가 나와.

과연 빛이 입자라고 결론이 났을까요?

빛은 입자이면서 파동이라고 결론이 났습니다. 참 신기하죠?

이상, 정하윤 기자였습니다.

(내용은 어린이과학동아 2020년 22호 ‘오싹오싹 과학자 한풀이 대작전’을 참고했습니다.)