[사이언스칼럼] 양자역학의 시작이 된 흑체 복사

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 양자역학의 시작이 된 흑체 복사

이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원

  • 승인 2025-11-21 09:01
  • 신문게재 2025-11-21 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
clip20251120095432
이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원
한국표준과학연구원(KRISS)에서 근무하다 보면 종종 외부 손님이 방문해 KRISS의 대표적인 실험 측정 장치를 관람하곤 한다. 필자가 속한 광도측정그룹은 손님께 주로 흑체 복사 표준광원 장치를 보여드리고 있다. 이 장치는 국제도량형국(BIPM)에서 세계 선두권의 측정역량을 인정받은 KRISS의 자랑스러운 성과기도 하다.

장치를 보신 많은 손님은 교과서에서만 보던 흑체를 직접 보니 신기하다고 말씀한다. 필자도 KRISS에 임용돼 처음 흑체를 보고 같은 이유로 신기함을 느꼈던 기억이 난다. 흑체가 교과서에 나오는 가장 중요한 이유는 흑체 표면에서 방출되는 빛의 색깔별 세기(분광 복사휘도, spectral radiance)를 설명하는 과정에서 양자역학이 시작됐기 때문이다.

흑체는 모든 색깔의 빛을 완벽히 흡수하는 이상적인 물체로, 영어로는 'black body'라고 불린다. 19세기 물리학자들은 흑체의 분광 복사휘도가 그 모양과 크기와는 상관없이 오직 흑체의 온도만으로 결정된다는 사실을 밝혀냈다. 또한, 실험 기술의 발전 덕분에 온도에 따른 흑체의 분광 복사휘도 값도 정확히 측정할 수 있게 됐다. 그러나 당시의 고전 물리학 이론으로는 측정된 흑체의 분광 복사휘도 값을 설명할 수 없었다.

이를 해결하기 위해 독일의 물리학자 막스 플랑크는 흑체에서 방출되는 빛의 에너지가 오직 플랑크 상수와 빛 주파수의 곱으로 결정되는 불연속적인 값이어야 한다는 양자가설(Quantum hypotheses)을 제안한다. 이 가설을 통해 실험으로 측정한 값과 매우 잘 일치하는 플랑크의 복사 법칙(Planck's radiation law)을 도출하게 된다.

플랑크는 그의 노벨상 강연에서 양자가설을 찾아내던 순간이 자신의 인생에서 가장 힘들었다고 회고했다. 그 고된 노력의 결실인 양자가설은 나중에 아인슈타인의 광양자설과 보어의 원자 모델 등 다른 물리학자들이 세우는 양자역학 초기 이론의 바탕이 된다. 최근 눈부신 발전이 이루어지고 있는 양자 컴퓨터 기술도 따지고 보면 이 양자가설에서 시작됐다고 할 수 있다.

그 이후 파생된 양자역학의 엄청난 성과들을 제외하더라도, 플랑크의 복사 법칙은 그 자체로 현대 과학기술에 있어 매우 중요한 성과이다. 이 법칙에 따라 우리는 온도계를 직접 가져다 댈 수 없는 상황에서도 물체가 방출하는 빛의 색깔별 세기를 분석해 그 물체의 온도를 알 수 있다. 이를 통해 아주 먼 우주에 있는 별의 온도를 알 수 있게 됐으며, 제철소 용광로 쇳물의 온도도 알 수 있게 됐다. 팬데믹 시절 많이 활용했던 비접촉식 체온계도 플랑크의 복사 법칙에 근거해 만들어진다.

또한, 플랑크의 복사 법칙은 광도 측정에서 가장 대표적인 표준광원을 제공해 준다. 플랑크의 복사 법칙에 따라 흑체의 온도를 알면 그 흑체의 분광 복사휘도를 바로 알 수 있고 파생되는 분광 복사조도(spectral irradiance)도 알 수 있다. 이러한 원리를 활용해 KRISS와 같은 국가 측정 표준 기관은 최대한 이상적인 흑체 광원을 만들고, 이를 램프나 LED 등 다른 광원과 비교해 각 나라 광원 산업에 표준을 보급하고 있다. 앞에서 언급한 KRISS의 흑체 복사 표준광원 장치가 이를 위한 장치다.

아이러니하게도 플랑크가 물리학을 전공으로 선택하던 시절 그의 지도 교수는 물리학이 더 이상 크게 발전할 여지가 없으니 다른 분야를 선택하라고 조언했다 한다. 당시의 회의적인 전망과는 달리, 양자역학이 탄생해 물리학 분야의 엄청난 발전이 이루어졌다는 점이 주목할만하다. 과학의 발전을 위해서는 소극적인 전망보다 미지의 영역에 대한 도전과 고된 노력이 더 중요하지 않나 싶다.

흑체 복사와는 관련이 없지만 한 문단 더 적고자 한다. 중도일보에서 지면을 마련해 주시고 KRISS 홍보실에서 추천해 주신 덕분에 부족한 점이 많은 필자가 올해 여섯 번 '사이언스 칼럼'에 기고할 수 있었다. 중도일보와 KRISS 홍보실 그리고 무엇보다 칼럼을 읽어주신 독자님들께 감사를 드린다. 이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 세종시행 '중앙행정기관' 임시 둥지, 2027년 어디로?
  2. 세종 행정수도법 논의 물꼬 트나… 28일 소위 유력
  3. 김장 배춧값 내렸지만… 농가도 소비자도 웃지 못한다
  4. [경찰의날] 대전 112상황실 이가현 경장 "저희가 침착해야 신고자도 안심하죠"
  5. 교육재정부터 아동보호·산림안전까지… 충청권 국감 현안 봇물
  1. 대전 교통사고 잇따라... 2명 숨져
  2. 기후부, 전력망 주민참여 확대 개정안 입법예고… 대전서 집회 지속
  3. 충남대 통합 재추진 요구 맞서 평의원회 '재투표 불가' 의결…갈등 격화
  4. 허태정 지자체 순회, 원도심 미래 성장 청사진 제시안 나올까
  5. 대전 도안2-13지구 도시개발(가칭) 추진… 유성구, 주민 공람 진행

헤드라인 뉴스


대전역세권 사업 2027년 재공모 들어간다… 환승센터 등 나눠 공공투자 전환 여지도

대전역세권 사업 2027년 재공모 들어간다… 환승센터 등 나눠 공공투자 전환 여지도

대전역세권 복합2-1구역 개발사업이 전면 재검토에 들어간다. 한화건설 컨소시엄이 사업을 포기해 계약 해지절차에 들어가면서 대전시가 후속조치에 착수한 것이다. 기존 최고 72층 규모의 건축계획과 주거 및 상업, 업무시설 비율 등을 다시 살펴 사업성을 높여 2027년 하반기 5차 민간사업자 공모에 나선다는 것이 행정당국의 방침이다. 환승센터를 비롯해 공공부문은 분할해 공공투자를 통해 사업시기를 앞당기는 방안까지 검토할 것으로 알려졌다. 21일 대전시에 따르면 코레일은 10월 20일 대전역세권 복합2-1구역 사업시행자인 대전역세권개발PF..

5대 시중은행 대출취급 6개월 내 금융사고 449억... 실효성 있는 대책 시급
5대 시중은행 대출취급 6개월 내 금융사고 449억... 실효성 있는 대책 시급

최근 5년간 5대 시중은행에서 신규 대출 취급 또는 만기 연장 후 6개월 이내 발생한 금융사고가 134건, 관련 대출금액은 449억원을 넘긴 것으로 나타났다. 이 중 KB국민은행의 관련 대출금액이 406억원으로 전체의 90%를 차지했다. 21일 국회 정무위원회 소속 김형연 조국혁신당 의원이 5대 은행(KB국민·신한·하나·우리·NH농협은행)에서 제출받은 자료에 따르면, 2022년부터 2026년 7월까지 대출 취급 또는 만기연장 후 6개월 이내 금융사고가 보고된 사례는 총 134건으로 집계됐다. 대출금액은 449억 2500만원이다. 은..

세종 행정수도법 논의 물꼬 트나…28일 회의 개최 유력
세종 행정수도법 논의 물꼬 트나…28일 회의 개최 유력

세종 행정수도특별법에 대한 논의가 다시 재개될 것으로 전망되면서, 연내 통과 목표를 관철할 수 있을지 주목된다. 국정감사가 마무리 수순에 접어든 가운데 오는 28일 특별법 논의를 위한 회의 개최가 유력시되면서다. 앞선 13일 중앙행정기관의 2차 이전안이 확정·발표되면서, 행정수도특별법 제정안 통과 명분을 더욱 크게 확보한 것도 사실이다. 21일 국회 등에 따르면 국토교통위원회 여·야 간사는 국토법안심사소위원회 개최 일정을 두고 협의를 지속 중이다. 국토위 감사는 23일 종합감사를 끝으로 막을 내린다. 이에 따라 우선 여당인 더불어민..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전 3대 하천 가을 꽃단지 ‘인기’ 대전 3대 하천 가을 꽃단지 ‘인기’

  • 대전경찰청, 제81주년 경찰의 날 기념식 개최 대전경찰청, 제81주년 경찰의 날 기념식 개최

  • 사람 키보다 높게 쌓인 건설폐기물 사람 키보다 높게 쌓인 건설폐기물

  • 국회 과방위 국감장에 등장한 휴머노이드 국회 과방위 국감장에 등장한 휴머노이드