빛이 있는 우리의 삶과 빛의 원천 그리고 성질과 행동

빛

물체를 볼 수 있게 해주는 것입니다. 우리는 빛을 어디에서나 볼 수 있기 때문에 당연하게 여깁니다. 그러나 빛이 없다면 세상은 지금과 많이 달라질 것입니다. 우리는 사물에서 나오는 빛이 우리 눈에 닿아야만 그 사물을 볼 수 있는데, 빛이 없다면 아무것도 볼 수 없게 될 것입니다. 만약 빛이 없다면 음식물도, 공기도 사라질 것입니다. 왜냐하면, 녹색식물은 햇빛을 이용해 자라고 영양소를 만드는데, 우리가 먹는 모든 음식물은 식물이나 식물을 먹고사는 동물에서 얻기 때문입니다. 또한, 식물은 자라면서 산소를 내보내는데, 산소는 우리가 숨 쉬는 데 꼭 필요한 공기의 성분입니다. 또한, 빛은 연료도 제공합니다. 수백만 년 전에 태양에너지는 지구에 있는 식물에 저장되었고, 이 식물이 변해서 석탄, 천연가스, 석유가 되었습니다. 오늘날 우리는 전기를 만들고 기계를 움직이는 데 이들 연료에 들어 있는 에너지를 빼내 쓰고 있습니다. 빛은 지구를 따뜻하게 해 줍니다. 햇빛이 비치지 않는다면, 지구는 순식간에 차가워져 어떤 생물도 살 수 없을 것입니다. 우리가 가진 모든 연료를 다 태운다 하더라도, 생물이 살아갈 수 있을 만큼 지구를 따뜻하게 만들 수는 없습니다. 사람들은 햇빛이 없을 때를 대비해 빛을 만들고 조절하는 방법을 개발했습니다. 맨 처음에는 모닥불과 횃불로 빛을 만들었습니다. 그다음에는 양초, 기름 램프, 가스불, 전등 따위를 만들었습니다. 빛은 사물을 볼 수 있게 할 뿐만 아니라 다른 쓰임새도 많습니다. 예를 들어 과학도구를 써서 빛을 연구하면 우주에 관한 많은 정보를 알아낼 수 있습니다. 과학자들은 화학물질을 확인하고 연구하는 데에도 빛을 씁니다. 빛은 통신 수단으로도 쓰이는데, 광케이블은 정보를 빛의 형태로 먼 거리까지 보냅니다. 그러므로 이제 전화국에서는 구리선 대신 광케이블을 사용합니다. 더 나아가 요즘의 과학자들은 컴퓨터의 중앙처리장치에서 정보를 매우 빠르게 전달하는 수단으로 빛을 쓰는 실험을 하고 있습니다. 빛은 무엇인가? 이 질문은 오랫동안 수수께끼로 남아 있었습니다. 한때 사람들은 빛이 사람의 눈에서 나와 물체에 부딪친 다음 다시 사람의 눈으로 돌아간다고 생각했습니다. 따라서 눈에서 나오는 빛을 막으면 사물은 보이지 않을 것이라고 생각했습니다. 또, 빛이 공간을 통과하려면 에테르라는 매질이 필요하다고 생각하기도 했습니다. 17세기부터 과학자들은 빛에 관해 많은 것을 발견했습니다. 그 결과, 빛은 공간을 자유롭게 전파해가는 하나의 에너지라는 것이 밝혀졌습니다. 빛이 지닌 에너지를 복사에너지라고 합니다. 복사에너지에는 적외선, 전파, 자외선, 엑스선을 비롯해 여러 종류가 있습니다. 여러 복사에너지 가운데 우리가 볼 수 있는 것을 가시광선이라고 합니다.

 

 

 

빛의 원천

우리가 사물을 볼 수 있는 것은 빛 때문입니다. 우리 주위에서 쉽게 볼 수 있는 태양이나 불빛은 그 자체가 빛의 원천(광원)입니다. 광원이 아닌 다른 사물을 우리가 볼  수 있는 것은 광원에서 나온 빛이 그 사물에서 산란되어 우리 눈에 닿기 때문입니다. 광원은 자연광과 인조광으로 나눌 수 있습니다. 자연광은 우리가 조절할 수 없는 광원에서 나옵니다. 이러한 광원에는 태양과 별이 있습니다. 인조광은 우리가 조절할 수 있는 광원에서 나옵니다.

 

 

빛의 성질

19세기 내내 과학자들은 빛을 수면파처럼 진행하는 하나의 파동으로 생각했습니다. 빛을 파동으로 생각한 이유는 빛이 간섭무늬를 만드는 따위의 파동이 갖는 성질을 나타냈기 때문입니다. 만약 빛이 파동이라면, 빛은 어떤 종류의 파동일까? 수면파는 설명하기가 훨씬 쉽습니다. 수면파는 물을 통해 전파해가지만, 물은 위와 아래로만 움직입니다. 과학자들은 수면파가 전파되려면 물이라는 매질이 필요하듯, 빛이 전파되는 데에도 어떤 물질이 필요할 것이라고 생각했습니다. 그래서 이러한 물질이 있다고 가정하고, 이 물질을 에테르라고 했습니다. 19 세기말에 과학자들은 광파(파동으로 본 빛)가 전기장 영역과 자기장 영역으로 이루어져 있다고 결론지었습니다. 20세기 초에 이르러 과학자들은 에테르가 있다는 생각이 잘못되었음을 실험으로 알아냈습니다. 과학자들은 규칙적으로 변하는 전기장과 자기장으로 이루어진 광파가 아무 매질이 없는 진공 속을 전파해간다는 사실을 받아들였습니다. 광파도 다른 파동처럼 파장이나 진동수, 진폭이 있습니다. 파장은 파동의 한 마루에서 다음 마루까지의 거리입니다. 진동수는 1초 동안에 어떤 점을 자나 가는 마루의 수를 말합니다. 파동의 진폭은 파동의 중심에서 마루까지의 거리입니다. 파동의 진동수와 파장 사이에는 간단한 관계가 있습니다. 즉, 진동수가 클수록 파장은 짧고, 에너지는 큽니다. 또한, 파동은 진폭기 클수록 더 큰 에너지를 가집니다.

 

 

빛의 행동

빛을 연구하는 분야를 광학이라고 합니다. 과학자들은 빛의 행동을 연구하여 얻은 지식을 가지고 우주를 이해하는 데 도움을 주는 여러 가지 광학 도구를 만들었습니다. 예를 들면, 현미경으로는 단세포 생물과 같이 아주 작은 물체를 연구할 수 있습니다. 또한, 망원경으로는 행성이나 은하와 같이 아주 멀리 떨어져 있는 큰 물체를 관찰할 수 있습니다.