‘에테르와 빛의 성질’[2014년 EBS수능완성 실전편 B형][실전 모의고사 4회]

[구렛나루]

[25~26] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

빛은 입자의 성질과 파동의 성질을 동시에 지니는 이중성을 가지고 있지만, 20세기 초까지 물리학자들은 빛을 파동이라고만 생각했다. 파동은 한 곳에서 생긴 진동이 주변으로 퍼져 나가는 것을 말한다. 당시 물리학자들은 수면파 또는 음파 등이 진행하기 위해서 물이나 공기가 매질로 필요하듯이 빛도 빛의 파동을 전하는 매질이 있어야 한다고 생각했다. 그들은 아직 발견되지 않은 빛의 매질을 ‘에테르’라고 불렀다. 그리고 태양에서 나온 빛이 우주 공간을 지나 지구에 오기 때문에 우주 공간은 에테르로 가득 차 있다고 여겼다.

이들은 에테르의 영향으로 빛의 속도가 달라진다고 생각했다. 예를 들어 음파의 매질은 공기이고, 바람은 공기 자체가 움직이는 현상이다. 만약 바람이 오른쪽 방향으로 초속 5m 로 불면 오른쪽으로 향하는 음파의 속도는 원래 음파의 속도인 초속 340m 에 5m 가 더해져 초속 345m 가 된다. 반대로 왼쪽 방향으로 바람이 초속 5m 로 불면 음파의 속도는 335m 가 된다. 이처럼 빛 역시 지구의 자전과 공전에 의해 지구를 가로지르는 에테르의 흐름이 ‘에테르 바람’을 형성하여, 이 바람 때문에 빛의 속도가 계속 변할 것이라 생각했다. 빛의 속도는 초속 30만 ㎞ 이다. 따라서 물리학자들은 에테르에 대해 정지한 경우에는 빛이 초속 30만 ㎞ 로 보이고, 움직이는 사람에게는 그보다 빠르거나 느리게 보일 것이라고 생각했다.

마이켈슨과 몰리는 그림과 같은 실험 장치를 통해 에테르 바람을 측정하려고 했다. 그림은 이들의 실험 장치인데, 광원에서 나온 빛은 반거울(1)에서 두 방향으로 나누어져 같은 거리에 있는 두 거울에 도달한 뒤, 다시 반사되어 빛 검출기에 도달하게 된다. 에테르 바람이 분다면, 에테르 바람과 두 방향으로 나누어진 빛이 이루는 각도는 각각 다르게 된다. 그들은 음파가 바람의 방향과 속도의 영향을 받듯이, 에테르 바람의 흐름과 빛이 이루는 각도에 따라 빛의 속도가 영향을 받아 검출기에 도달하는 시간이 서로 차이가 날 것이라 생각했다. 그런데 이 실험에서 두 빛이 동시에 빛 검출기에 도달하는 것으로 측정되었다. 이것은 빛의 속도가 에테르의 영향을 받지 않음을 증명했고, 더 나아가 에테르의 존재를 의심하게 했다.

에테르가 존재하지 않는다는 사실이 물리학에서 갖는 의미와 파장은 컸다. 빛은 파동의 성질을 지니고 있지만, 다른 파동들과 달리 매질이 존재하지 않기 때문이다. 그럼 빛의 속도는 무엇을 기준으로 초속 30만 ㎞ 로 나간다고 할 수 있을까? 이에 대해 아인슈타인은 빛의 속도는 누가, 어디서 보든 항상 초속 30만 ㎞ 로 변하지 않는다고 생각했고, 이를 토대로 20세기 가장 유명한 물리학 이론인 상대성 이론을 발표했다.

(주) (1) 반거울: 빛의 절반은 통과시키고, 나머지 절반의 빛은 반사하는 특수한 거울.

25. 윗글을 통해 알 수 있는 사실이 아닌 것은?

① 빛이 지닌 성질과 음파가 지닌 성질 중에는 공통점이 있다.

② 파동의 진행 속도는 매질이 움직이는 방향의 영향을 받는다.

③ 마이켈슨과 몰리의 실험은 그들의 예상과 다른 결과를 낳았다.

④ 같은 음파라도 사람이 움직이는 속도에 따라 듣는 시간이 다를 수 있다.

⑤ 에테르의 존재가 의심 받게 된 실험은 빛이 입자의 성질을 지닌다는 것을 증명했다.

26. 윗글을 바탕으로 (보기)에 대해 보인 반응으로 적절하지 않은 것은? (3점)

(보기)

똑같은 성능을 가진 보트 A, B가 시속 60㎞ 로 경주를 한다. 이 경주는 출발점에서 동시에 출발하여 각각 반환점 a와 b를 거쳐 되돌아오는 것이다. 이때 두 보트가 달린 총거리는 같고, 바람이나 다른 요인은 보트에 영향을 주지 않는다고 한다. 또한 반환점 a에서는 출발점에서 a방향으로 바닷물이 시속 2㎞ 로 흐르고, 반환점 b에서는 출발점에서 b방향과 바닷물의 흐름이 직각을 이루고 있다. 이럴 경우 보트 A, B가 되돌아오는 데 걸리는 시간은 일치하지 않는다.

① 보트를 파동으로 본다면 바닷물은 매질에 해당하겠군.

② A보트가 반환점 a까지 갈 때는 시속 62㎞ 로 움직이겠군.

③ A보트는 반환점 a에서 출발점으로 돌아올 때 시속 60㎞ 로 움직이겠군.

④ B보트는 반환점 b를 향해 갈 때와 출발점으로 되돌아올 때 동일한 속도로 움직이겠군.

⑤ 동일한 조건에서 바닷물이 전혀 흐르지 않는다면 A보트, B보트 모두 시속 60㎞ 로 움직이겠군.

2014년 EBS수능완성국어영역 국어 B형  

[수능완성 국어영역 국어 B형 실전편] 

실전 모의고사 4회

과학 25~26.

‘에테르와 빛의 성질’

지문 이해하기

(해제) 이 글은 20세기 초 물리학자들 사이에서 당연하게 여기던 파동으로서의 빛의 성질과 빛의 매질인 에테르의 존재가 어떻게 의심 받게 되었는지를 설명하고 있다. 그들은 음파와 바람의 관계를 통해 파동은 매질의 속도와 방향에 따라 속도가 달라진다는 것을 알고, 빛 역시 에테르의 속도와 방향의 영향을 받을 것이라 생각했다. 그래서 마이켈슨과 몰리는 에테르 바람을 측정하기 위해 실험을 했지만, 실험 결과는 그들의 예상과 달리 에테르의 존재를 의심하게 만들었다. 이후 에테르가 존재하지 않으며 빛의 속도는 항상 동일하다는 사실은 상대성 이론의 토대가 되었다.

(주제) 물리학에서 빛의 매질인 에테르에 대한 생각의 변화

흐름 파악하기

* 1문단: 빛을 파동으로만 여겨 매질인 에테르가 있다고 여긴 20세기 초의 물리학

* 2문단: 음파와 바람의 관계로 추측한 빛과 에테르의 관계

* 3문단: 예상과 다른 실험 결과로 인해 의심 받게 된 에테르의 존재

* 4문단: 에테르의 부재가 20세기 물리학에 미친 영향

25. 세부 정보, 핵심 정보 파악

답: ⑤

정답이 정답인 이유

⑤ 확인: 에테르의 부정이 미친 영향

1문단에서 빛은 입자의 성질과 파동의 성질이 있다는 것과 3문단의 실험에서 에테르의 존재가 의심 받게 된 것을 알 수 있다. 하지만 4문단에서 에테르가 존재하지 않는다는 사실은 빛이 파동이지만 다른 파동과 달리 매질이 없다는 것을 알 수 있을 뿐, 빛이 입자의 성질을 지닌다는 것은 확인할 수 없다.

오답이 오답인 이유

① 확인: 빛과 음파는 파동

1문단에서 빛은 입자의 성질과 파동의 성질이 있다고 했고, 음파는 파동이라고 했다. 또한 4문단에서 빛은 매질이 없다는 점에서 다른 파동과 다르지만 파동의 성질을 지니고 있다고 했다. 따라서 빛이 지닌 성질 중에는 음파와 공통된 성질이 있다고 볼 수 있다.

② 확인: 파동의 진행과 매질의 방향

2문단에서 음파가 매질인 공기의 방향에 따라 속도가 달라지는 것을 통해 파동의 진행 속도가 매질이 움직이는 방향의 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.

③ 확인: 마이켈슨과 몰리의 실험 결과

3문단에서 마이켈슨과 몰리는 에테르 바람을 측정하기 위해 실험을 했다. 에테르 바람이 불면 두 빛이 빛 검출기에 도달하는 시간이 서로 차이가 있어야 하는데, 실험 결과 두 빛이 빛 검출기에 도달하는 시간에는 차이가 없는 것으로 나왔다. 따라서 그들의 예상과 실험 결과가 다르다는 것을 알 수 있다.

④ 확인: 파동인 음파의 특성

2문단에서 빛이 매질인 에테르가 있다면 정지한 사람과 움직이는 사람 사이에서 빛의 속도는 차이가 있을 것이라고 했다. 음파는 파동이며 매질이 있기 때문에, 음파를 듣는 사람의 움직이는 속도가 다르면 그 사람이 음파를 듣는 시간도 달라진다는 것을 알 수 있다.

26. 구체적 상황에 적용하기

답: ③

정답이 정답인 이유

③ 확인: 시속 60㎞

A 보트는 반환점 a에서 출발점으로 돌아올 때는 시속 2㎞ 인 바닷물을 거슬러야 하므로, 시속 58㎞ 로 움직이게 된다.

오답이 오답인 이유

① 확인: 바닷물의 역할

보트가 파동이라면 (보기)에서 바닷물은 보트를 움직이게 하고, 바닷물의 방향과 속도는 보트의 속도에 영향을 준다. 따라서 바닷물은 매질에 해당한다고 할 수 있다.

② 확인: 반환점 a까지 갈 때

A 보트가 반환점 a까지 갈 때는 보트의 이동 방향과 바닷물이 흐르는 방향이 같기 때문에 시속 60㎞ 에 2㎞ 를 더한다.

④ 확인: 동일한 속도

바닷물의 속도는 달라지지 않으며, 방향 또한 달라지지 않으므로 바닷물이 B 보트의 속도에 미치는 영향은 경주하는 동안 동일하다.

⑤ 확인: 바닷물의 흐름

바닷물이 흐르지 않는다는 것은 바닷물의 속도가 0㎞ 이며, 특정 방향으로 향하고 있지도 않다는 것이다. 따라서 바닷물이 보트의 움직임에 전혀 영향을 미치지 못하기 때문에 보트는 보트의 속도만을 유지하게 된다.