빛을 가둘 수 있을까? - 빈티지 오디오 콘텐츠와 판매, 오디오퍼브

글쓴이 : SOONDORI

커패시터와 코일은, 잠시 동안 전기 맥동의 에너지를 가둘 수 있다. 그런 식으로, 맥동이라는 관점에서는 전기 맥동과 별반 다를 게 없을 것 같은 ‘파동의 빛’을 가둘 수 있다면? 형광물질을 이용하는 화학적 저장은 한계가 있으니 Pass! 광자를 직접적으로 가두는 방법에 초점을 두면…

실로, 인류 문명을 바꿀 거대한 혁신이다.

예를 들어, 가두었던 光 파동을 한꺼번에 내보내면, 간달프의 눈부신 빛을 만들 수 있고, 만화영화의 광자포도 만들 수 있고, 퐁퐁~ 방귀 뀌듯 빛 탱크에서 조금씩 光을 꺼내서 앞으로 나가고 지나가다 마주친 거대 혹성의 光으로 재충전하면서 장거리 우주여행을 할 수도 있을 것이고… 아쉽게도 현실에서는 적절한 대안을 찾을 수는 없음. 메타 물질이 어쩌고 저쩌고, 광자를 전자기장으로 가두고 어쩌고 저쩌고 하며, 다들 뭔가를 시도하는 것 같은데, 실험실을 떠나는 것 자체가 매우 어려운 모양.

그쪽은 포기하고…

다른 쪽에서는 빛을 싸인파 전기 맥동처럼 취급하고 파동을 보강하고 파동을 상쇄하는 등 여러 가지 조작하는 기법을 연구하고 있다. 예를 들어 다음은, 빛의 굴절, 산란 등 물리 특성을 다루는 브레그 법칙(*1)에 대한 이해.

“… 2 Underlying theory | 결정질 물질에서 X선이 회절되는 두 가지 기본 원리가 있습니다. 첫째, 광자의 탄성(톰슨 산란*2)으로 인해 정반사 법칙을 적용하여 원자 평면을 거울처럼 다룰 수 있다는 것입니다. 둘째, X선의 파장은 결정 내 원자 간 거리(0.15~0.5nm)와 거의 같은 크기이며, 이로 인해 보강 간섭과 상쇄 간섭 현상이 발생한다는 것입니다. X선의 회절은 그림 1과 같이 시각화할 수 있습니다.

*1 Bragg’s Law, 19세기 영국 William Lawrence Bragg가 발견한 X-선 취급 관련 계산법.
*2 Thomson scattering. 톰슨 산란. 19세기, 질량분석기를 발명한 조지프 존 톰슨의 발견한 것. 전자와 전자기파가 만나면 혼합 진동하며 전자 산란 효과가 발생한다고. 그 정도를 가지고 물질 속성을 판별.

X선 회절은 그림 1과 같이 가장 잘 시각화할 수 있습니다. 여기서 파장 2의 X선 빔은 간격 d의 일련의 원자 평면에 Θ 각도로 입사합니다. X선 빔은 결정 평면에 대한 입사각과 같은 각도 Θ로 평면에서 산란됩니다. 첫 번째 평면과 두 번째 평면에서 산란된 X선 간의 상대적인 위상 변화는 그림 1에서 주황색으로 표시된 거리로 주어집니다. 따라서 기하학적 고려 사항으로부터 아래 방정식에 따라 면간 간격 d에 따라 특정 각도 θ_B에서 보강 간섭이 발생한다는 것을 보여주는 것은 간단합니다.

이 방정식 1은 브래그 방정식으로 알려져 있으며, Θ_B는 브래그 각으로, 면간 간격 d의 hkl 아래 첨자는 결정면의 밀러 지수를 나타냅니다. n은 정수이며 회절 극대값의 차수를 나타내며, n = 1은 1차, n = 2는 2차입니다. 브래그 방정식은 회절된 X선의 각 위치를 격자 간격과 연관시키며 모든 ‘XRD 측정(*)’의 기초가 됩니다.

* X-Ray Diffraction. X 선 회절. 브레그 법칙을 두고 그것과 다른 결과값의 광 입력 대 출력을 가지고 물질의 성상을 분석하는 기법. 분자 구조 분석 등에 활용.

3 The instrument | X선 회절계는 다섯 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 X선 광원, 검출기, 입사(또는 1차 빔) 광학계, 수광(또는 회절 빔) 광학계, 그리고 고니오미터(Goniometer, 註, Gonia=각도)입니다. 회절계는 방사선 인클로저 내에 내장되어 있으며 컴퓨터로 제어됩니다. 이 섹션에서는 주요 구성 요소를 간략하게 설명하고 박막 측정에 사용할 수 있는 다양한 구성에 대해 자세히 설명합니다…”

두 개 유리면을 사용한 위상 조작이라니… 싸인파 맥동으로 치환하면 이해가 쉽다. 너무 빨라서 도도하고 잘 잡히지 않을 만큼 건방진 빛의 행태는, 소리나 전파의 것과 매우 흡사하다.

Journal of Electroceramics 2021년 – Back‑to‑Basics tutorial – X‑ray diffraction of thin films

장난감 무한 거울도… 두 개 투명 레이어 사이에서 벌어지는, 반복적인 빛의 반사와 면 산란 효과를 조합한 것. 빛을 가둔다고 보기는 어렵고. (표제부 사진 출처 : https://www.amazon.com/Sensolio-Infinity-Mirror-Sensory-Experience/dp/B0F8TC3WD1)