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[궁금한S] 빛을 통해 들여다보는 과학

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 '궁금한 S' 시간입니다. 어둠을 밝히는 빛은 우리 삶에 있어서 가장 중요한 요소인데요. 그래서 아인슈타인을 포함한 위대한 과학자들도 '빛'에 대한 관심이 많았다고 합니다.

빛이 가진 재미있는 특성은 무엇일지, 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 '궁금한 S'의 이효종입니다. '궁금한 S'와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

빛은 어두운 세상을 밝혀 무언가를 볼 수 있도록 해 줄 뿐만 아니라, 과학을 이해하고 기술을 발전시키는 데 커다란 도움을 줍니다. 그래서 예로부터 많은 신화나 이야기 속에서 찾아볼 수 있는, 너무나 고마운 존재죠.

수 세기에 걸쳐 정말로 많은 자연 철학자들과 과학자들은 이 '빛'이라는 존재에 대한 특성과 연구를 진행해왔고, 이는 정말 많은 과학 분야의 밑거름이 되었습니다. 이렇게 빛은 과학, 기술, 산업 그리고 우리의 일상과 아주 가까이 맞닿아 있는 존재라고 해도 과언이 아닐 정도로 다양하고 쉽게 접할 수 있는 대상이 되었습니다. 그런데 여러분, 혹시 알고 계셨나요?

바로 이 '빛'이 가지는 특성 때문에 우리 일상 속에서 발견할 수 있는 흥미로운 현상이 있다는 사실을 말이에요! 어떤 것들이 있는지, 함께 들여다보도록 할까요?

혹시 여러분들은 안에서는 밖이 보이는데, 밖에서는 안이 보이지 않는 유리를 본 적 있으신가요? 이러한 유리를 보통 반투과성 유리라고 합니다. 그런데 대체, 이 유리에 어떤 비밀이 숨어 있길래, 한쪽 방향에서는 투과되어 보이는 것이, 다른 한쪽 방향에서는 거울처럼 보일 수 있는 걸까요?

안에서는 밖이 잘 보이는데, 밖에서는 안이 안 보이는 상황은 대부분 물체에 닿는 빛이 '밖에' 있는 상황일 가능성이 매우 큽니다. 왜냐하면, 결국 우리가 무언가를 보기 위해서는 물체 표면에서 빛이 산란한 뒤에 우리 눈으로 들어와야 하는데, 그 과정에서 유리가 물체를 보는 것을 방해하기 위해서는 보이는 쪽에서 빛이 산란하는 상황이어야 합니다.
유리를 사이에 두고 건물 안쪽에는 'S'가 건물 바깥쪽에는 '궁금'이가 있습니다. 이 유리는 아주 특수하게 제작된 유리라서 빛을 70%는 튕겨내고 30%는 투과시킨다고 가정해봅시다. 지금 시각은 낮입니다. 어떤 일이 일어날까요?

궁금이의 입장에서는 약 70% 빛을 반사하는 유리는 직접 입사하는 빛이든, 산란을 통해서 입사하는 빛이든 강하게 반사하게 되며 이는 마치 유리를 거울처럼 보이게 합니다. 하지만 유리 안쪽에 있는 S의 경우에는 그냥 30%만 투과하는 빛만 보이기 때문에 바깥 풍경을 마음껏 감상할 수 있습니다.

빛에 관한 재미있는 궁금증이 또 하나 있습니다. 생각해보면 빛의 3원색이라는 존재들은 섞으면 섞을수록 밝아지는데, 왜 비슷해 보이는 물감은 섞으면 섞을수록 어두워질까요?

색의 기원이 빛이라는 사실을 처음 밝혀낸 사람은 17세기를 대표하는 자연 철학자인 아이작 뉴턴의 프리즘 실험을 통해서였습니다. 프리즘을 통과한 빛은 여러 색깔, 즉 빨주노초파남보의 7가지 무지개색으로 나뉜다는 것을 알고 계신가요?

뉴턴도 바로 이 프리즘을 이용해 빛의 특성을 알아보았던 자연 철학자였죠. 당시 뉴턴은 빛은 색을 지니고 있는 알갱이들의 집합, 즉 '코어퍼슬'로 이뤄져 있다고 생각하였고, 물체가 색을 나타내는 이유는 바로 이 특정한 색의 '코어퍼슬'이 우리의 눈으로 들어오기 때문이라고 설명했습니다.

그러나 파동광학이 발달한 오늘날, 빛의 색은 사실 빛이 가지는 파장에 따라 달라진다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 빛이 가지는 색은 사실, 가시광선이 1초당 몇 번 진동하는지, 그래서 에너지는 얼만큼인가에 따라 변한다는 것이죠! 바로 여기에서, 재미있는 사실이 드러나게 됩니다.

빨간색 빛을 본다는 것은 빨간색 계열의 파장, 예를 들어 약 700nm 근방의 빛이 흰색 도화지 등과 같은, 모든 빛을 반사할 수 있는 표면에서 산란하여 그 빛이 우리 눈으로 들어오게 되었을 경우를 의미합니다. 반면, 빨간색 물체를 본다는 것은 어떠한 빛이 물체에 부딪히게 된 순간, 빨간색을 제외한 다른 영역의 빛들을 일부, 또는 전부 흡수시켰다는 의미이며, 이는 다시 말해서 물체가 빨간색 빛만 반사할 수 있었기 때문에 빨간색으로 보이게 된다는 것을 의미합니다.

우리의 눈에 있는 시신경 중 색을 감지하는 원추세포는 빛의 3원색인 빨강 (R), 초록 (G), 파란색 (B)의 3가지 파장 영역의 색을 감지할 수 있도록 만들어줍니다. R과 G, 그리고 B의 빛이 이 3가지의 시각 세포들을 자극하게 되면 우리는 그것을 ‘흰색’으로 인지하게 됩니다.

그렇기 때문에 R의 빛과 G의 빛, 그리고 B의 빛이 흰색 면에서 동시의 산란하여 우리의 눈 속의 모든 원추세포를 자극하게 되면 우리의 뇌는 그 빛을 흰색으로 지각합니다. 바로 이러한 이유로 빛의 3원색이 섞이면 흰색 빛으로 보이게 되는 것입니다. 컬러텔레비전이나 컴퓨터 그래픽 프로그램에서 빨강, 초록색, 파란색을 적당한 비율로 섞어 온갖 색깔을 만들어내는 것과 똑같은 원리라고 할 수 있습니다.

하지만 물감의 경우는 다릅니다. 물감의 3원색은 빛의 3원색이 섞인 색들, 옐로우, 마첸타, 싸이안이며, 옐로우는 블루 계열을 마젠타는 그린 계열을, 싸이안은 레드 계열의 빛을 흡수함으로써 만들어지면 이들이 섞이게 되면 RGB 계열의 모든 빛을 전부 흡수하게 되어 검은색으로 보이게 되는 것이죠.

재미있는 것은, 색의 3원색 다이어그램은 빛의 3원색 다이어그램만 외우면 자동으로 외워지게 된다는 점입니다.

빛의 3원색 다이어그램에서 혼합된 색들인 YMC를 바깥으로 빼고 그 사이에 있는 빛들을 안에 집어넣으면 YMCA는 RGBK가 되며, 이때 혼합색이 검은색이라는 사실만 기억하면, 두 다이어그램을 외우기가 정말 쉬워지는 것이죠.

오늘은 빛에 담겨있는 과학의 궁금증에 대해 함께 알아보셨는데, 어떠셨나요? 이외에도 빛은 정말로 많은 재미있는 현상들을 만들어줍니다. 열을 전달하는 열복사의 매개체가 되어주기도, 또 편광이라는 재미있는 현상을 통해 3D를 구현해주기도 하면서, 공학적인 형태로도 정말 많은 곳에서 응용되고 쓰이고 있죠. 머나먼 공간을 바라볼 때 사용하는 망원경이나, 아주 작은 세계를 들여다보기 위한 도구인 현미경도, 사실 이 빛을 연구하다가 만들어내게 된 도구이니까 말이죠.

빛에 관한 호기심이, 우리의 시야를 넓혀줄 수 있었던 만큼, 과학에 관한 호기심과 궁금함도, 앞으로 여러분의 식견을 넓혀주는 커다란 힘이 될 수 있지 않을까요?

그럼 <궁금한 S>는 이만 인사드릴게요~ 과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 사이언스 투데이 페이스북에 댓글을 남겨주세요. 이상 <궁금한 S>였습니다!
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