제3권 · Chapter 3: 맥스웰 방정식과 전자기파

1. 맥스웰 방정식 — 전자기학의 완성

1-3. 전자기파의 예측: 빛은 전자기파다

전기 실험실에서 빛의 비밀이 풀리다

물리학의 역사에서 가장 극적인 순간을 하나만 꼽으라면, 많은 물리학자들이 이 순간을 고를 것이다.

1864년, 맥스웰은 전기와 자기에 관한 네 개의 방정식을 완성했다. 그리고 이 방정식들을 수학적으로 조합해 보았다. 결과는 파동 방정식이었다. 전기장과 자기장이 파동의 형태로 공간을 통해 퍼져나갈 수 있다는 것이었다.

그 파동의 속도를 계산했다. 전기 실험에서 측정한 상수($\varepsilon_0$)와 자기 실험에서 측정한 상수($\mu_0$)만으로. 계산 결과: 초속 약 3억 미터.

당시 이미 알려져 있던 빛의 속도: 초속 약 3억 미터.

두 숫자가 정확히 일치했다.

이것이 우연일 수 있을까? 전기와 자기를 다루던 방정식에서, 아무도 예상하지 못했던 빛의 속도가 튀어나오다니. 맥스웰은 깨달았다 — 빛은 전자기파다.

앞 절(1-2)에서 우리는 맥스웰이 변위 전류를 추가한 과정과, 전기장-자기장의 상호 생성이 파동을 만든다는 아이디어를 만났다. 이번 절에서는 한 걸음 더 들어가, 전자기파가 구체적으로 어떤 모습인지, 그리고 맥스웰의 예측이 어떤 방식으로 실험적으로 확인되었는지를 따라가 본다. 이 이야기의 끝에서, 우리는 빛이 무엇인지를 비로소 완전하게 이해하게 될 것이다.