입사각과 반사각은 왜 같은가?
거울의 입사각과 반사각이 같다는 ‘반사의 법칙’에는 ‘법칙’이라는 단어가 붙어 있습니다. ‘법칙’은 어떠한 자연 현상이 반복적으로 예외없이 일어나는 경우를 말합니다. 즉 ‘법칙’은 자연 현상의 재현성(반복되어 일어나는 것)을 알려줄 뿐이지 그 원인까지 알려주지는 못합니다.
그렇다면 거울의 입사각과 반사각은 왜 같을까요?
거울의 끝부분에서도 반사가 일어난다면?
만약 거울의 어느 곳에서도 반사가 일어난다고 가정해 봅시다. 그러면 입사각과 반사각은 더 이상 같지 않게 됩니다.
이러한 일이 실제로 일어나지 않는다는 것은 누구나 알고 있습니다. 이것을 증명하기 위해서는 빛이 가지는 파동의 성질을 이용해야 합니다.
우선 간단하게 파동의 성질에 대해 알아봅시다. 진행하고 있는 하나의 파동은 주위의 파동과 어느 정도 결맞음이 일어나야 그 방향으로 계속 진행할 수 있습니다. 이와 반대로 결맞음이 일어나지 않을 때에, 파동은 서로의 진동이 상쇄되어 버립니다.
그렇다면, 거울의 끝부분에서 빛의 반사가 일어난다고 가정해 봅시다. 거울의 끝부분에서 반사가 일어난다고 가정하고, 반사된 파동들이 눈으로 들어오는 과정에서 파동들이 상쇄되어 버리는 것을 알 수 있습니다.
입사각과 반사각이 같은 곳에서 반사가 일어난다면?
이번에는 거울의 입사각과 반사각이 같은 곳에서 빛의 반사가 일어난다고 가정해 봅시다.
반사되어 눈으로 들어오는 빛 파동들의 결이 서로 일치합니다. 즉, 이런 빛은 진행될 수 있습니다. 결국 빛의 반사는 입사각과 반사각이 같을 때 일어납니다.