2-2. 전자기 스펙트럼 — 라디오파에서 감마선까지

보이지 않는 빛이 세상을 채우고 있다

지금 이 순간, 당신의 몸을 수천 개의 전자기파가 관통하고 있다. FM 라디오 방송 신호, Wi-Fi 신호, 수백 킬로미터 밖 기지국에서 날아오는 휴대폰 전파, 그리고 우주 저 멀리서 날아오는 우주배경복사까지. 당신은 이 중 어느 것도 느끼지 못한다.

그런데 눈을 뜨면, 갑자기 세상이 보인다. 이것도 전자기파이다 — 우리가 가시광선이라고 부르는 전자기파가 눈의 망막에 닿은 것이다.

여기서 놀라운 질문이 생긴다.

우리 눈이 감지하는 빛(가시광선)은 전자기파의 전체 범위 중 얼마나 될까?

답은 충격적이다. 전자기파의 주파수는 수 Hz(헤르츠)에서 $10^{24}$ Hz 이상까지 뻗어 있다. 이것을 피아노 건반에 비유하면, 전자기파의 전체 "건반"은 약 80옥타브에 해당한다. 그런데 우리 눈이 볼 수 있는 가시광선은 이 중 단 1옥타브도 안 된다. 피아노 건반 80개 중 1개에도 못 미치는 것이다!

우리는 전자기파라는 거대한 오케스트라의 극히 일부만 듣고 있는 셈이다. 나머지 79개의 건반에서는 어떤 "음악"이 흘러나오고 있을까?

앞 절에서 우리는 전자기파의 속도, 편광, 에너지라는 기본 성질을 배웠다. 특히 중요한 것은, 모든 전자기파가 진공에서 같은 속도 $c$로 달린다는 사실이었다. 그렇다면 전자기파의 "종류"를 구분하는 것은 무엇일까? 바로 주파수(또는 동일한 정보를 가진 파장)이다. 이번 절에서는 전자기파의 거대한 가족 — 전자기 스펙트럼 — 을 처음부터 끝까지 여행하며, 각 영역이 어떻게 발견되었고, 우리 삶에서 어떻게 쓰이고 있는지 알아본다.