종이컵으로 200년 전 대발견 재현하기! 집에서 직접 보는 ‘빛은 파동이다’의 증거 (영의 실험)
사이언스트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 실험입니다.
“빛은 직진한다.” 태양빛도 손전등 불빛도 정말 그렇게 보이죠. 그런데 이런 질문은 어떨까요? “빛은 입자일까? 아니면 파동일까?” 이 문제는 17세기부터 뉴턴과 호이헨스가 치열하게 논쟁했던 물리학 최대의 수수께끼 중 하나였습니다. 그런데 놀랍게도 그 답을, 종이컵과 커터칼, 그리고 2천 엔 정도의 레이저 포인터만으로 집에서 직접 확인할 수 있다면 어떨까요?
오늘 소개할 실험은, 빛이 ‘파동’이라는 사실을 눈으로 직접 볼 수 있는 “빛의 간섭” 실험입니다. 이름만 들으면 어려워 보이지만, 초등학생 아이와 함께해도 충분히 재미있고, 학교 수업에서 “파동이 뭐야?”를 체감하게 해주기에도 딱 좋습니다. 자, 바로 시작해봅시다!
왜 “파동”이라고 알 수 있을까? 실험의 원리
이 실험의 핵심은 커터칼로 만드는 “아주 가느다란 틈”입니다. 파동은 좁은 틈을 지나가면 그 뒤쪽으로 퍼져 나가는 성질이 있습니다. 이것을 “회절”이라고 합니다. 바닷물이 방파제 틈 사이로 부채 모양으로 퍼져 나가는 장면을 본 적 있는 분도 있을 거예요. 빛도 똑같은 행동을 합니다.
그리고 종이컵에 낸 “하나의 흠집”은 사실상 “아주 가까이 붙어 있는 두 개의 틈”처럼 작용합니다. (커터칼 날의 두께나 종이 단면의 울퉁불퉁함이 영향을 줍니다.) 각각의 틈을 통과하며 “회절”한 빛(파동)이 벽에서 서로 겹쳐지는 것이죠.
파동의 봉우리와 봉우리가 만나면 서로 강해져서 밝아지고(밝은 무늬), 봉우리와 골짜기가 만나면 서로 지워져 어두워집니다(어두운 무늬). 이것이 바로 이번 실험에서 보게 되는 “간섭무늬”의 정체입니다. 만약 빛이 단순한 “입자”였다면 틈 모양만 그대로 비쳤을 겁니다. 그런데 줄무늬가 나타난다는 건, 빛이 파동의 성질을 가진다는 강력한 증거인 셈이죠.
집에서 해보는 과학 실험! “빛의 파동”을 눈으로 보자
【준비물】
- 레이저 포인터(프레젠테이션용이면 충분합니다. 저렴한 제품은 2천 엔 정도면 구매 가능)
- 종이컵
- 커터칼
【실험 방법】
- 종이컵 바닥에 커터칼로 곧게 한 번만 칼집을 냅니다. (이 틈이 “슬릿” 역할을 합니다.)
- 방을 어둡게 한 뒤, 종이컵 안쪽에서 바닥의 칼집을 향해 레이저 포인터 빛을 비춥니다.
- 벽에 비친 빛의 무늬를 관찰합니다. (벽과 종이컵 사이 거리는 50cm~1m 정도면 보기 좋습니다.)
자, 무엇이 보였나요?
벽에는 단순한 레이저 점이 아니라, 좌우로 흐릿하게 퍼지면서 밝은 부분과 어두운 부분이 번갈아 나타나는 줄무늬가 보였을 겁니다. 축하합니다! 바로 그것이 “빛이 파동이다”라는 사실을 보여주는 결정적 증거, “간섭무늬”입니다.
이 현상은 약 200년 전 영국의 과학자 토머스 영이 수행한 유명한 실험, 즉 “영의 이중슬릿 실험”과 본질적으로 같은 원리입니다. 여러분은 지금 역사적인 실험을 종이컵으로 재현한 셈이죠! 당시 영은 이 실험을 통해 “빛은 파동이다”라고 주장했지만, 많은 학자들은 쉽게 믿지 않았습니다. 그만큼 “빛이 파동이다”라는 사실은 인간의 직관을 뒤흔드는 놀라운 발견이었던 것입니다.
이번에는 종이컵과 벽 사이 거리를 더 멀리해 보세요. 줄무늬 간격이 어떻게 변했나요? 아마 간격이 넓어져서 더 잘 보였을 겁니다. 사실 이 “줄무늬 간격”과 “슬릿에서 벽까지 거리”를 측정하면, 놀랍게도 빛의 파장(파동 한 번의 길이)까지 계산할 수 있습니다.
【!! 안전을 위한 가장 중요한 규칙 !!】
실험은 정말 재미있지만, 반드시 지켜야 할 가장 중요한 주의사항이 있습니다. 레이저 포인터의 빛은 매우 강하기 때문에, 절대로 직접 들여다보거나 사람의 눈에 비추면 안 됩니다. 반드시 벽에 반사된 빛만 관찰하세요.
줄무늬로 “빛의 파장” 계산하기
어떠셨나요? 신기한 줄무늬를 직접 관찰할 수 있었죠. 
줄무늬 간격은 1.5cm, 스크린까지의 거리는 5.863m입니다. 이 값들만 있으면 레이저 빛의 파장을 계산할 수 있습니다. 빨간색 레이저 포인터라면 파장은 대략 600~700나노미터 정도입니다. (1나노미터는 100만 분의 1밀리미터!) 저 작은 줄무늬 속에 이렇게 정밀한 정보가 숨어 있다니 정말 놀랍지 않나요?
또한 영의 실험을 직접 만져 보며 배울 수 있도록, 스크래치를 이용한 체험형 교재도 만들어 보았습니다. 영상은 아래에서 확인할 수 있습니다.
마지막으로 영상 강의 형식으로 영의 실험을 더 자세히 설명해 보았습니다. 더 깊이 알고 싶은 분은 꼭 참고해 보세요.
이번에는 종이컵과 레이저 포인터만으로 빛의 간섭무늬를 관찰하는 방법을 소개했습니다. “빛은 입자이면서 동시에 파동이기도 하다”는 물리학의 신비로운 세계를, 꼭 집이나 교실에서 직접 체험해 보세요.
학교에서는 실험용 레이저와 실제 슬릿 장치를 사용해, 줄무늬 간격으로부터 빛의 파장을 계산해 보는 것도 정말 흥미롭습니다. 또, 소리의 간섭(두 개의 스피커에서 같은 소리를 내면 위치에 따라 잘 들리기도 하고 약하게 들리기도 하는 현상)과 함께 보여 주면, “파동”에 공통된 성질을 훨씬 더 깊게 이해할 수 있어서 추천합니다.
문의 및 의뢰 안내
과학의 신기함과 재미를 더 가까이! 집에서 할 수 있는 재미있는 과학 실험과 노하우를 알기 쉽게 소개하고 있습니다. 다양한 글도 꼭 검색해 보세요! ・과학의 아이디어 노트 내용이 책으로 출간되었습니다. 자세한 내용은 여기 ・운영자 쿠와코 켄 소개는 여기 ・각종 의뢰(집필·강연·실험 교실·TV 감수·출연 등)는 여기 ・최신 기사 업데이트는 X에서 발신 중!
과학의 아이디어 채널에서는 다양한 실험 영상을 공개하고 있습니다!
５月のイチオシ実験！
キーンと冷えるドライアイス！気温が上がってくるこの時期・ドライアイスを使った昇華・凝結・等速度直線運動の実験はいかが？
液体ゼロ！ドライアイスが消えるまでの３時間を科学する（昇華・凝結・等速度直線運動）
テレビ番組監修・イベント等のお知らせ
- 4月30日（木）「THE突破ファイル」（日本テレビ）の科学監修を担当しました。
- 5月8日（金）理科教育ニュースを担当しました。
- 6月14日（日） 千葉大学インスタレーション「探究」にて講師を務めます
- 6月26日（金） 千葉大学の公開研究会（中学理科について授業公開予定）
- 7月18日（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
書籍のお知らせ
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
各種SNS（更新情報をお届け！）
X(Twitter)／instagram／Facebook（日本語）
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
