> 법대생님께서 말씀하시길....
>
> 안녕하세요. 물리를 제 전공인 법학보다 더 좋아하는 학생입니다.
> 궁금증이 있어서 이렇게 교수님의 설명을 듣고자 글을 남깁니다.
> 하찮은 질문이더라도 비전공자라서 그러려니 하고 이해해주시고
> 설명해주셨으면 좋겠습니다.
>
> 가시광선의 파장은 400nm ~ 700nm 입니다.
> 그래서 '크기가 400nm보다 작은 물체는 빛을 이용해서는 관찰할 수 없다'고 합니다.
> 보다 일반적으로는 '파동의 파장보다 작은 물체는 그 파장을 이용하여 관찰할 수 없다'고 얘기하죠.
>
> 그런데 그 이유가 궁금합니다.
> 제 아무리 작은 물체라도, 빛이 물체에 닿으면 물체를 이루고 있는 원자와의 상호작용,
> 즉 원자에 의해 빛이 흡수되었다 재방출되는 과정을 통해서 반사(혹은 산란)가 일어나잖아요?
>
> 그리고 그 반사된 빛이 우리 눈에 들어오면 그 물체를 인식할 수 있을텐데...
> 왜 파장보다 작은 물체는 볼 수 없다고 하는지 이유를 모르겠습니다.
>
> 너무 궁금합니다.
> 하루종일 생각하고 인터넷을 찾아봐도 답을 알 수가 없네요.
> 전공이 법학이라서 주위에 물어볼 사람도 없구요..
> 교수님의 명쾌한 설명부탁드릴게요~
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우선 수면파를 이용해서 개념적인 설명을 드리겠습니다.
호수에 반경 10cm 정도의 말뚝이 밖혀있는 상황을 생각해 보죠. 그런데 파장이 1m 정도 되는 수면파가 일어 말뚝을 통과했을때 그 수면파는 거의 영향을 받지 않을 것을 상상할 수 있습니다. 그러나 파장이 10cm 보다 작으면 말뚝에 의해 깨어지고 흩어지는 파동을 상상할 수 있을 것입니다.
이와 같이 파동이 산란할때 산란시키는 물체의 규모가 파장과 비교해서 어떠한가에 따라서 여러가지 산란의 형태가 연구되어 있으나 대체로 파장이 커짐에 따라 산란의 정도는 4승에 반비례해서 커집니다. 따라서 파장이 길면 산란이 거의 일어나지 못합니다.
한편 위 질문하신 내용, 즉 빛으로 물체를 관찰하는 상황에 대해 합당한 설명을 드리죠.
우리가 물체를 관찰한다는 것은 카메라나 현미경 등의 광학계(눈도 마찬가지)로서 상을 맺게하는 것입니다. 그러나 광학계를 이루는 렌즈를 통과한 빛은 회절을 하게 되어 물체의 한 점에서 나온 빛이 큰 원형으로 퍼져버립니다. 이를 에어리 원이라 하죠. 물체의 규모가 작아저셔 그 물체의 두 지점에서 나온 빛의 상이 서로 겹쳐버리면 그 물체의 모습은 제대로 식별이 되지 않을 것입니다. (이에 대해서는 본 사이트의 원형구멍의 회절에서 "분해능"으로 설명하고 있습니다. 참고하시기 바랍니다)
회절이론에 따르면 광학계의 분해한계 거리는 1.22 x (파장) x (f/#) 입니다. 여기서 f/# 는 "f수"라고도 하며, 카메라의 경우 f=2.8 등으로 표기되어 있고, 이 값은 최소한 1정도입니다. 따라서 분해한계거리는 최대한 잡아도 파장 정도라고 말 할 수 있습니다.
이러한 "파동으로서의 빛"이 피할 수 없는 회절의 특성 때문에 기인된 것이니까 다른 종류의 파동, 심지어 물질파로 물체를 관찰하더라도 마찬가지가 될 것입니다.
정기수
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님이
남겨주셨습니다.
[Re]왜 빛의 파장보다 작은 물체는 볼 수 ...