얼마전에 철 지난 Physics Today를 보다가 재미있는 내용이 있어서
오랜만에 글 하나 씁니다.

상황은 이렇습니다. (아래 동영상 참조)

http://www.youtube.com/watch?v=4o48J4streE&feature=player_embedded

물가에서 놀고있던 오리떼를 놀라게 해서 연못으로 뛰어들어가게 하죠.
오리 한마리가 뛰어들어가면 그 오리 주변으로 원형의 물결이 퍼지겠죠?
십여마리가 거의 동시에 약간씩 틀린 연못 위치로 뛰어들면 어떻게 될까요?
이넘들이 뛰어들자마자 각각의 오리가 만든 물결이 모두 합쳐져서
연못에는 꽤 복잡한 파형이 생길 겁니다.

그런데 조금 기다려보면 흥미로운 변화가 생기는데요.
이 물결이 멀리 퍼져나가면서 점점 규칙적인 물결의 형태가 되는것이죠.

이제 물결(의 크기)을 관찰하고 있는 존재(예를들어 물위에 떠있는 개구리 한마리)가 있다고 생각할 때,
이 개구리가 아주 멀리 있을경우에는 오리떼가 뛰어들었는지, 아니면 큰 개 한마리가 뛰어들었는지 구별이 안 될겁니다.
반면에 개구리가 오리떼 가까이 있을 경우에는 파형의 복잡함으로부터
뭔가 여러마리가 연못으로 뛰어들어온 것을 느낄수 있는 것이고요.

아무튼 흥미로운 사실은 전혀 규칙성이 없는 패턴에서 시작했지만,
멀리 퍼져나가면서 파형이 점차 규칙적으로 된다는 점이겠죠.

물리학에서 쓰는 용어들로 다시 써보자면,
coherence가 없는 extended source에서 나온 파동들이 합쳐지는 경우
아주 멀리 퍼져나가면 point source(점광원)에서 나오는 coherent한 파동인것 처럼 보인다는 것이죠.

이런 일반적인 현상을 광학에서는 Van Cittert-Zernike 정리로 설명합니다.
(경고: 자세한 증명은 Born & Wolf를 찾아보십시오.)
파원의 크기가 D, 관찰자로부터의 거리가 L, 파장이 lambda인 경우,
전파된 파동이 coherent하게 보이는 범위(coherence length)가 ~(lambda) * L / D  정도가 된다는 것을 알수 있습니다.


이 정리를 우리가 보는 별에 대해서 적용해볼까요?
별의 직경이 10,000km, 거리가 10광년, 파장이 500nm(visible의 중간)라고 했을때
coherence length가 대략 5m 정도가 됩니다.
쉽게 말해, 우리 광학망원경의 lens의 직경 (혹은 interferometer의 두 arm의 거리)가 5m가 되지 않으면
(오리떼에게서 멀리 떨어진 개구리에게와 같이)
그 별은 point source로만 보일것이고,
따라서 별 표면이 어떻게 생겼나를 알아볼수는 없다는 것이죠.


재미없나요? --a