하루가 모여 인생이 된다

이번 이야기는 빛은 우리를 축복하기 위해 먼 곳에서부터 오는 것이라 믿었을 때부터 20세기 초 아인슈타인이 나타나기 전까지 빛을 쫓았던 사람들에 대한 것입니다.

물의 도시 베네치아에서 대학 교수로 일했던 갈릴레오부터 시작합니다.

갈릴레오는 이미 네덜란드에서 만들어진 망원경을 모방하여 1609년에 9배의 배율을 가진 망원경을 만들어 냅니다.

이 망원경은 배율이 약한 볼록렌즈와 배율이 강한 오목렌즈를 이용하여 높은 배율과 선명한 색상을 가진 정립상을 볼 수 있습니다.

그 당시 많은 사람들은 망원경을 이용하여 땅에서 나온 빛을 보는 것에만 만족했지만 갈릴레오는 하늘에서 오는 빛을 관찰했습니다.

가장 먼저 하늘에 있는 달을 관측하여 달이 평평한 원이 아니라 구멍과 돌기로 덮힌 울퉁불퉁한 구형이라는 것을 알아내고 1610년에 ‘별들의 소식’이라는 책을 출간하여 대중들에게 공개합니다.

또한, 목성을 관측하여 목성 주변의 작은 별들을 보며 그들의 운동을 기록합니다.

처음에는 목성이 움직이는 것인 줄 알았으나 지속적인 관측을 통해 알 수 없는 별들의 움직임은 목성을 돌고 있는 네 개의 달이었다는 것을 알게 됩니다.

갈릴레오는 자신이 하늘을 관측한 자료를 토대로 달이 지구를 따라서 태양 주위를 돌고 있다는 것을 보여주고 싶었고 목성의 달들이 그 증거가 되었습니다.

한편 갈릴레오는 빛의 속도를 알아보기 위해 조수와 함께 산꼭대기에서 실험을 합니다.

빛의 속도는 너무 빠르기 때문에 이 실험을 통해 알아내지는 못했으나 빛은 순식간에 오는 것이 아니라 어떤 속도를 가지고 있음을 알아냅니다.

갈릴레오 이전에 빛은 천상에 있고, 땅에 가득 차 어두운 곳을 밝혀주는 곳이었지만 조금씩 빛에 대한 신비감이 사라집니다.

아이작 뉴튼은 빛을 연구하다가 거울을 이용하여 만든 40배 배율을 가진 망원경을 계기로 왕립학회 회원으로 선출될 정도로 빛에 대해 알려고 많은 노력을 합니다.

심지어 색이 나타나는 것을 알기 위해 뜨개바늘을 눈과 뼈 사이로 집어넣어 최대한 눈 뒤쪽까지 집어넣는 위험한 짓도 합니다.

이 색을 연구한 역사는 그리스 시대부터 시작됩니다.

엠페도클레스는 눈에서 빛이 나오기 때문에 우리가 사물을 볼 수 있다고 생각했습니다.

아리스토텔레스는 사물 안에 색이 들어 있어 빛이 없어도 존재하는 것이라고 생각했습니다.

유클리드는 빛이 직선으로 진행한다는 것을 알아냈습니다.

알하첸은 물체가 빛을 반사한다는 사실을 알아냅니다.

데카르트는 색이란 빛이 물체에 닿았을 때 변형되어 생긴 것이라고 한 것처럼 시대에 따라 색에 대한 생각이 달랐습니다.

뉴튼은 한 가지 실험을 통해 모든 사람들이 빛에 기본 성질을 잘 못 이해하고 있다는 것을 알아냅니다. 이 실험은 1665년 로버트 훅은 빛을 이용한 현미경을 통해 눈에 보이지 않는 작은 것들의 세계를 보여준 책에서부터 시작됩니다.

그러나 뉴튼은 데카르트의 빛 실험에 관심을 가지게 됩니다.

프리즘에 빛줄기를 통과시켜 5센티미터 떨어진 종이 위에서 빨간색 점과 파란색 점 두 개가 나타나 있었습니다.

뉴튼은 데카르트보다 먼 6.6미터 떨어진 벽에 빛을 쏘아 나타난 스펙트럼의 길쭉한 모양에 더 큰 관심을 가지게 됩니다.

또한, 색이 프리즘을 통과해서 생기는 것인지 프리즘을 통과하기 전 빛 자체에 있는 것인지에 대해 의문을 가지게 됩니다.

그래서, 뉴튼 스스로 ‘결정적 실험’이라고 이름을 붙인 두 개의 프리즘을 이용한 실험을 합니다. 빛 한 줄기는 첫 번째 프리즘에서의 굴절률이나 두 번째 프리즘에서의 굴절률이 같습니다. 프리즘 때문이라면 두 번 프리즘을 통과한 색은 굴절률이 달라야 합니다.

하지만 첫 번째 프리즘에서 굴절한 파란색의 각도는 두 번째 프리즘에서도 똑같았습니다.

결국 색은 바로 빛 속에 있다는 것을 알게 됩니다.

빛의 본질에 더 가까이 다가가기 위해 전기와 자기에 대해 알아야 됩니다.

1825년 마이클 패러데이는 전자기 유도 현상에 대한 강연을 합니다.

이 강연을 통해 제임스 클럭 맥스웰은 전기와 자기의 관계인 전자기파를 알아냅니다.

이 당시 맥스웰이 계산한 전자기파의 속도는 빛의 속도와 같은 결과가 나왔습니다.

결국, 빛과 전자기파는 같은 것이라는 것을 알게 됩니다.

뉴튼이 연구한 스펙트럼은 빛의 색에 따라 파장이 다르기 때문에 나타난 현상이었습니다.

코스모스의 역사와 규모는 빛으로 기록됩니다.

이번 이야기의 주요 내용은 빛의 성질을 알고자 노력한 과학자들의 이야기입니다.

중국의 전국시대 묵자라는 철학자부터 이야기는 시작됩니다.

묵자는 암상자를 이용하여 최초의 카메라의 원리를 알아냈습니다.

그러나 그가 세상을 떠난 몇 백년 후 중국을 최초로 통일한 진시황의 분서갱유로 수많은 철학자들의 서적을 불태웁니다.

역시 과학은 표현의 자유라는 빛이 필요합니다.

이라크의 바스라에서 이본 알-하이삼이라는 이슬람 천문학자는 어두운 천막에 빛이 한 줄기만 나오게 만들어 빛이 직선으로 움직임을 알아냅니다.

이 원리를 이용하여 암상자를 만들기도 합니다.

그러나 암상자는 낮처럼 밝을 때만 상을 맺을 수 있으며 밤하늘의 별을 보기 위해서는 더 많은 빛을 모을 수 있는 장치가 필요합니다.

이 문제는 1609년 갈릴레이가 천체 망원경을 발명함으로써 해결되었습니다.

아이작 뉴튼은 빛에 대해서도 연구를 했습니다.

프리즘을 이용하여 빛을 분산시켜 봄으로써 빛은 무지개 색의 혼합물이라는 것을 알아내었고, 이것을 라틴어로 유령을 뜻하는 스펙트럼이라 불렀습니다.

그 뒤를 이어 윌리엄 허셜은 색과 온도의 관계를 알아보기 위한 실험을 했습니다.

그 당시 프리즘의 붉은색 빛 바깥쪽은 햇빛이 비치지 않는 곳으로 생각했습니다.

허셜은 그 부분을 통제 표본으로 설정하고 붉은색 빛과 푸른색 빛의 온도를 비교했습니다.

그 결과 통제 표본으로 설정한 부분의 온도가 가장 높게 변했고, 이 보이지 않는 광선을 적외선으로 명명하게 됩니다.

이번 이야기의 마지막 과학자인 요제프 프라운호퍼는 뛰어난 광학기기 설계자입니다.

그는 프리즘이 생성하는 스펙트럼을 더욱 선명하게 볼 수 있는 방법을 연구합니다.

이 부분에서 음파와 광파를 비교하며 프리즘의 원리에 대해 설명합니다.

음파는 파장에 따라 음이 달라지지만 광파는 파장에 따라 색이 달라집니다.

따라서, 파장이 다른 각각의 빛은 프리즘 안에서 다른 속도로 움직입니다.

파장이 짧은 보라색 빛은 붉은색 빛보다 속도가 느려지고 속도 차이에 의해 색들이 분리됩니다.

프라운호퍼는 스펙트럼에서 수직의 검은 선들을 발견합니다.

이것은 특정한 파장을 흡수할 때 나타나는 것으로 태양 대기의 원자들이 흡수하여 생긴 것입니다.

스펙트럼에서 나타나는 검은 선을 통해 별의 구성원소들을 알 수 있게 된 것입니다.

결국, 스펙트럼선은 우리가 볼 수 있는 코스모스가 모두 같은 원소로 구성되어 있음을 알게 해 주었습니다.

우리는 프라운호퍼 덕분에 다른 세계의 대기와 수백만 광년 떨어진 은하계가 어떤 물질로 이뤄졌는지를 알 수 있습니다.

우리 주변에는 가시광선 이외에도 X선, 감마선, 적외선, 라디오파 등 많은 빛이 있습니다.

이러한 빛들은 우리에게 우주의 다양한 모습을 보여주고 있습니다.

묵자에서부터 프라운호퍼까지 이어진 빛에 대한 연구는 우리가 우주에 대해 알 수 있는 단서를 제공했습니다.