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레이저는 정말 죽음의 광선일까? 목록

조회 : 10957 | 2015-03-03

[뉴스 읽기]

 <[추억人] 레이저 광선 개발한 美물리학자>, 조선일보 2015년 1월 30일자

http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2015/01/30/2015013000160.html

<‘레이저의 시조’ 물리학자 타운스 타계>, 연합뉴스 2015년 1월 29일자

http://www.yonhapnews.co.kr/economy/2015/01/29/0303000000AKR20150129001100071.HTML

<레이저 모체 ‘메이저’ 발명 노벨상 수상자 타운스 타계>, 경향신문 2015년 1월 29일자

http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201501292140355&code=100402

 

 

[뉴스 이해하기]

 

 - 찰스 타운스 박사는 누구인가?

찰스 타운스

지난 1월 타계한 찰스 타운스 박사. / 이미지 출처 : 퍼블릭 도메인(wikipedia.org)

 

지난 1월 29일 지금의 레이저가 있게 한 미국의 저명한 물리학자 찰스 타운스 박사(UC버클리 명예교수)가 타계했다는 소식이 있었습니다. 찰스타운스 박사는 ‘레이저의 시조’, ‘레이저의 아버지’로 불리지만 정확하게 말하면 레이저의 모체격인 ‘메이저’를 개발한 물리학자랍니다.

메이저(Maser)란 1953년 전자파의 일종인 마이크로파를 한 방향으로 강력하게 증폭시키는 장치를 말합니다. 이 장치가 이후 전자파 대신 가시광선과 적외선, 자외선을 사용하는 레이저로 발전됐지요.찰스 타운스는 레이저 광선을 개발한 공로로 1964년 러시아 레베데프연구소 알렉산드르 프로호로프, 니콜라이 바소프와 노벨 물리학상을 공동수상했답니다.

 

 

- 레이저란 무엇인가?

레이저의 가능성을 연 과학자는 바로 아인슈타인입니다. 아인슈타인은 레이저 발진에서 중요한 유도방출(자극방출)의 개념을 포함해 원자에서 빛의 흡수와 방출에 대한 이론을 1917년 발표해 40여년 후에 실제로 레이저의 가능성을 열어 준 것이랍니다.

찰스 타운스

최초의 암모니아 메이저 발진 장치 앞에 서 있는 타운스 박사. / 이미지 출처 : 퍼블릭 도메인(Wikipedia.org)

 

찰스 타운스가 개발한 메이저(MASER)는 ‘복사의 유도방출에 의한 마이크로파의 증폭(Microwave Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)’을 뜻합니다. 타운스는 높은 에너지 준위에 있는 암모니아 분자들을 모아준 후 이를 일시에 유도방출 시켜 결이 맞아 있는 강한 마이크로파가 방출되도록 했답니다. 이후 타운스 박사는 마이크로파뿐 아니라 다른 파, 예를 들면 빛도 증폭시킬 수 있을 것이라 여겨 1958년 이론적인 제안을 했고 후속연구를 통해 레이저 발진장치의 개발을 앞두고 있었는데요, ‘최초의 레이저 발진장치의 발명자’라는 타이틀은 간발의 차이로 미국의 물리학자 시어도어 메이먼에게 돌아갔답니다. 1960년 메이먼은 세계 최초로 고체 레이저인 루비 레이저 발진장치를 개발했거든요. 이듬해인 1961년에는 최초의 기체레이저인 헬륨-네온 레이저 발진 장치가 개발됐고요.

 

[유도방출에 의해 증폭된 빛]

레이저(LASER)란 ‘복사의 유도방출에 의한 빛의 증폭(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)’의 머리글자를 딴 것으로, 들뜬 원자나 분자를 외부에서 자극시켜 결이 잘 맞아있는 빛을 방출하게 함으로서 큰 증폭율로 증폭된 빛을 말합니다.

레이저 발진장치는 가늘고 긴 공진기 양쪽에 거울을 달고 있는 형태로, 그 사이에 고체, 액체, 기체, 반도체, 자유전자 등의 레이저 매질을 채우고 외부에서 에너지를 넣어 주면 이 레이저 매질에서 빛이 발생하고, 이때 발생하는 빛이 거울과 부분거울로 구성된 공진기 안에서 유도방출(stimulated emission)을 일으켜 증폭되어 강력한 레이저광선이 되는 거지요. 이 광선은 파장과 위상, 진행 방향이 원래의 빛과 같습니다.

 

[직진성이 강한 레이저]

보통 빛은 넓게 퍼져 나갑니다. 쉬운 예로, 캄캄한 밤에 플래시를 켜 보면 빛이 넓게 퍼져 나가는 걸 볼 수 있지요. 하지만 레이저는 좁고 긴 관을 수만 번 왕복한 빛이라 거의 퍼지지 않고 직진해 멀리까지 전달될 수 있답니다.

 

[레이저는 한 가지 색을 가지고 있는 순수한 빛]

우리는 빛이 여러 가지 파장 그러니까 여러 가지 색의 빛이 섞여 있다고 알고 있습니다. 하지만 레이저는 단일 파장을 갖는 순수한 빛이랍니다.

 

[레이저는 결이 잘 맞아 있는 강력한 빛]

보통의 빛은 짧은 파동이 제멋대로 수없이 모여 있지만, 레이저는 많은 파동이 서로 정확하게 잘 겹쳐져서 매우 강력한 밝기를 가지고 있답니다.

 

 

- 레이저는 정말 죽음의 광선인가?

타운스보다 간발의 차이로 ‘최초의 레이저 발진 장치 개발자’라는 타이틀 거머쥔 미국의 물리학자 시어도어 메이먼이 1960년 5월 세계 최초로 레이저 발진장치를 발명한 후 기자회견장에서 가장 많이 받은 질문이 바로 “레이저는 정말 죽음의 광선인가?”였다고 해요. 당시의 사람들은 레이저가 치명적인 무기가 될 것이라고 생각했다는데요, 그 이유는 레이저 개발 전 소설과 만화, 영화 등의 대중매체에서 레이저가 광선무기로 묘사 됐었기 때문이랍니다. 메이먼은 당시에 레이저는 통신과 절단, 용접 같은 산업분야에 사용될 것이라고 말했지만, 훗날 이렇게 수많은 분야에서 인류의 생활 속에 깊숙하게 파고들어 사용될 줄은 당시에는 예측하지 못했다고 해요.

레이저 실험

미국 공군에서 레이저 실험을 하는 모습. 레이저는 현재에도 강력한 군사용 무기로 사용되고 있답니다. / 이미지 출처 : 퍼블릭도메인(미국 공군)

 

레이저는 처음 많은 사람들이 걱정했듯이 군사적 용도인 무기로 사용되기도 하지만, 비군사적인 용도로 훨씬 더 많이 사용되고 있어요. 자동차산업에서는 효율적이고 안전한 금속 절단을 위해 레이저가 사용되고 있고, 광통신산업의 중요한 통신수단으로 부각되고 있답니다. 1970년대 들어 슈퍼마켓에 바코드가 도입되면서 일상화되기 시작했지요. DVD 오디오, 레이저 포인터 등 일상 속에서 많이 사용되고 있고, 박피와 제모 같은 미용의 목적, 치과․안과․외과에서 수술 등 치료의 목적으로도 레이저가 사용되고 있어요.

 

레이져

자연광은 사방으로 빛이 확산되지만, 레이저 광은 똑바로 일직선으로 뻗어 갑니다. 또 레이저 광은 아무리 먼 거리까지 가도 빛이 퍼지지 않습니다. 과학자들이 이처럼 우주로 레이저를 쏘는 이유는 별빛이 흐릿하게 보이는 것을 방지하고 관측대상을 더 선명하게 하기 위함이랍니다. / 이미지 출처 : by ESO/Yuri Beletsky-CC-BY-4.0(www.eso.org)

 

공연장

레이저는 우리 일상생활에서도 쉽게 접할 수 있습니다. 공연장에서도 레이저는 무대연출을 위해 자주 사용된답니다. / 이미지 출처 : by Fir0002/Flagstaffotos-CC-BY-NC-3.0(Wikipedia.org)

 

  

[뉴스로 생각하기]

레이저는 계속 진화하고 있는데요, ‘레이저의 미래’에 대해 한 번 생각해 봅시다.

번개를 레이저광선으로 유도하고, 레이저광선을 음파로 전환해 해저통신과 수중측량에 사용될 수 있을 것이라고 해요. 또 광자를 쓰는 광컴퓨터를 만드는 광원으로도 이용될 수 있고, 우주에서 모은 태양에너지를 레이저광선의 형태로 끌어올 수 있다고 말하는 과학자도 있답니다. 레이저가 얼마나 더 넓은 범위에서 어떻게 진화를 해 갈 수 있을지 알아보고, 실제로 진화해 가는 모습에 관심을 갖고 지켜보는 것도 좋을 것 같습니다.

 

주제!
,전자 ,파장
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