고대 그리스시대부터 인간은 빛의 성질에 대해 알고자 했다. 빛에 관한 많은 논의 중 논란이 된 이론은 빛의 이중성에 관한 것이다. 이 이론은 빛이 입자성과 파동성을 가지고 있다는 것이 주요 골자다. ‘빛의 입자성’은 빛은 에너지를 가진 덩어리인 입자로 이루어져있다는 말이고 ‘빛의 파동성’은 빛이 물 위에 던져진 돌멩이를 주위로 번지는 물결처럼 일정한 굴곡을 이루며 퍼져나가는 것을 말한다.

뉴턴의 입자성 vs 호이겐스의 파동성
 
뉴턴은 백색광이 프리즘을 투과하면 빨강, 주황, 노랑 등 여러 가지 색으로 나뉜다는 사실을 바탕으로 빛은 입자를 이루고 있다고 주장했다. 이는 모든 물체는 질량을 가지고 있다는 것을 전제로 한 만유인력의 법칙을 근거로 한 주장이기도 했다.
 
반면 동시대의 인물인 호이겐스 의견은 뉴턴과 상반된다. 호이겐스는 빛이 물 목소리, 물결 등 어떤 에너지가 전달되려면 매질을 필요로 한다는 것을 전제로 태양에서 지구까지 빛이 전달되려면 우주공간에 어떠한 매질이 필요하다고 주장한다. 그리고 우주공간에는 ‘에테르’라는 매질이 있으며 빛은 파동이라고 주장했다. 하지만 호이겐스의 이러한 주장은 당시 과학계에서 지대한 영향을 미쳤던 뉴턴에 의해 빛을 발하지 못한다. 조진형(물리) 교수는 “호이겐스의 파동성이 일부분 맞음에도 무시된 이유는 당시 과학기술이 입자성과 파동성을 과학적으로 증명할 만큼 발전하지 못했기 때문이다”고 설명했다.

토마스 영과 맥스웰의 파동성 vs 헤르츠의 입자성
 
뉴턴의 입자성이 등장한지 100~200년이 지난 뒤, 토마스 영은 ‘빛의 이중 슬릿 실험’을 통해 ‘빛은 파동’이라는 주장을 부활시켰다. 빛의 이중 슬릿 실험은 파동의 간섭을 설명한다. 파동의 간섭은 두 파동이 중첩되어 파동의 에너지가 커지거나 작아지는 것을 말한다. 그런데 실험을 통해 일정 간격을 두고 두 빛을 나란히 쏘았을 때 서로 중첩되는 것을 발견됐다. 다시 말해 빛에도 파동성이 있다는 것을 말한다. 이어 등장한 맥스웰의 전자기파동성은 파동성 주장을 확고히 했다. 맥스웰은 가시광선, 자외선, 적외선 등과 같은 전자기파를 발견했고, 그 전파 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 보였다. 다시 말해 전자기파와 빛은 본질적으로 같은 것이라고 주장했다.
 
반면 헤르츠는 광전 효과를 발견하면서 빛의 파동성을 반박했다. 광전 효과는 빛이 금속 표면에 충돌할 때 에너지가 튕겨 나오는 현상을 말한다. 그런데 빛이 파동이라고 가정할 경우 낮은 진동수를 가진 빛에너지는 전자를 방출하지 않았다. 이에 빛을 덩어리진 에너지 입자라고 판단한 것이다.

양자역학 = 빛의 입자성+파동성
 
빛의 파동성과 입자성에 대한 첨예한 논쟁은 아인슈타인이 빛이 파동이긴 하지만 그 에너지가 일정한 단위로 띄엄띄엄 떨어져 있다고 제안하면서 ‘빛은 입자’라는 설에 힘이 실렸다. 하지만 여전히 빛이 입자라는 가정으로는 이중슬릿실험을 설명하지 못하고 있다. 김광석(물리)교수는 “아인슈타인의 설명으로 양자역학의 기초를 마련했지만 여전히 빛의 이중성에 대한 논쟁이 거론되고 있다”고 말했다.