영국 과학자들이 빛을 신발끈이나 전깃줄처럼 매듭으로 묶는 실험에 성공했다고 라이브사이언스 닷컴이 보도했다.

브리스톨 대학 연구진은 컴퓨터로 제어되는 홀로그램과 이론 물리학을 이용해 빛을 프레첼 모양으로 매듭짓는 데 성공했다고 네이처 피직스지 최신호에 발표했다.

연구진은 "이는 물리학자들이 매듭 이론과 같은 기존 순수 수학을 적용해 물리학 현상으로 나타나게 할 수 있음을 보여준 것"이라면서 빛을 매듭으로 엮는데 필요한 것은 홀로그램과 레이저빔이 전부라고 말했다.

이들은 "공간을 지나는 빛의 흐름은 강에 흐르는 물과 같다"면서 레이저 포인터 등에서 나온 빛이 직선으로 통과하긴 하지만 `광(光)보텍스(optical vortex)'라 불리는 소용돌이나 회오리 같은 형태로 흐를 수도 있다고 지적했다. 광 보텍스에서는 빛의 강도가 `제로', 즉 빛이 없는 상태가 된다는 것이다.

이들은 "우리 주위의 빛은 우리 눈엔 보이지 않는 이런 어두운 선들로 채워져 있다. 우리의 실험은 사실상 빛줄기 속의 어두운 필라멘트를 꼬아 매듭지은 것"이라고 설명했다.

연구진은 홀로그램으로 이런 광 보텍스를 만들어 낼 수 있고 이것이 빛이 흐르는 방향을 정할 수 있다는 점, 그리고 일상적인 매듭에서 영감을 얻은 추상수학 이론인 `섬유매듭 가설'을 이용해 맞춤형 홀로그램을 만든 뒤 여기에 일반 레이저 빔을 반사시켰다.

홀로그램은 교회의 스테인드글라스 창문처럼 들어오는 빛을 걸러내는 역할을 하는데 이런 창문을 통과한 빛은 스테인드글라스의 색깔을 닮게 되지만 홀로그램의 여러 지점들은 작은 창문 유리처럼 그곳을 지나는 빛의 파장을 변화시킨다.

연구진은 빛의 파장이 어두운 매듭 주위를 흐르도록 변화시키는 홀로그램을 만들었다.

이 실험은 여러 면에서 `최초'의 기록을 세웠다.

우선 기존 매듭 이론가들이 어두운 매듭과 비슷한 수학 공식을 연구한 데 반해 이들은 확산되는 빛의 규칙을 따르는 함수를 이용해 이런 매듭을 만들어낸 것이다.

또한 기존 연구에서는 어두운 매듭이 다른 매듭과 엉켰지만 이들은 빛 줄기 안에서 각기 독립된 어두운 매듭을 만들어냈다.

연구진은 "이 실험은 우리가 홀로그램을 이용해 레이저 광선의 흐름과 확산을 얼마나 정교하게 제어할 수 있는지 보여주었다. 이런 정확성은 장차 레이저 장치에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

<연합>