[LIGHT] 207색 무지개를 찾아서

 

세상은 빛과 함께 존재합니다. 세상을 밝고, 아름답고, 화려하고, 오묘하게 만들어주는 빛은 희망, 깨달음, 즐거움의 상징이기도 하죠. 그래서 거의 모든 종교의 창세기가 세상을 밝혀주는 빛으로부터 시작합니다. 실제로 빛은 우리에게 온기를 주고 안전을 지켜줍니다. 빛을 이용한 녹색식물의 광합성이 없었더라면 지구는 지금도 아무것도 살지 않는 삭막한 행성으로 남을 수밖에 없었을 것입니다. 
2015년은 UN이 지정한 "세계 빛의 해"입니다. 2015년 과학향기에서는 ‘빛’을 주제로 한 칼럼을 연 4회 기획하고 있습니다. 과학향기 독자 여러분의 많은 관심 부탁드립니다.




최근 SNS 타임라인에 무지개 사진이 도배됐다. 하늘에 무지개가 뜬 것이다. 사람들은 가던 길을 멈추고 한 여름 더위도 잊은 채, 연신 하늘을 향해 카메라를 들이댔다. 그리고 너도나도 무지개 사진을 SNS에 올리며 한껏 동심을 발산했다. 

요즘 세대들에게 무지개는 책이나 사진 속의 그림이 더 익숙하다. 대기가 오염되면서 하늘에 뜬 무지개를 보는 일이 쉽지 않아졌기 때문이다. 태어날 때부터 서울에 살고 있다는 30대 이 모 씨는 하늘에 뜬 무지개를 직접 본 일이 평생에 2~3번뿐이라 하니, SNS에 무지개가 도배되는 일은 그리 놀라운 일도 아닌 것 같다. 
 

사진 1. 2015년 7월 17일 서울에서 본 무지개(사진: 이윤선)



이렇게 현대인들에게 동심을 불러일으키는 무지개가 옛날 사람들에게도 특별한 존재였다. 무지개가 하늘과 땅, 양쪽에 걸쳐서 생기다보니 사람들은 신과 통할 수 있는 특별한 상징이라고 생각했던 것이다. 그런데 과거 사람들이 표현한 무지개는 지금의 무지개와는 조금 다르다. 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보. 이렇게 일곱 가지 색이 아니다. 

■ 조선의 오색 무지개, 미국의 레인보우 식스! 

과거 우리나라에서는 무지개를 다섯 가지 색으로 표현해 ‘오색 무지개’라고 불렀다. 당시 색의 기본이었던 ‘흑백청홍황(黑白靑紅黃)’을 그대로 사용한 것이다. 우리나라의 무지개가 오색이었던 이유에 대해 전문가들은 그 시대에 색체 학문이 발달하지 않았기 때문이라고 분석하고 있다. 

물론 다른 언어에 비해 상대적으로 색에 대한 표현을 다양하게 할 수 있는 한글에서 볼 수 있듯, 색을 표현하는 말에는 수십만 가지가 있었다. 하지만 빨강색을 빨갛다, 불그스름하다, 검붉다, 새빨갛다와 같은 서술식 표현처럼, 다섯 가지 색을 채도나 명도에 따라 조금씩 다르게 부르는 수준에 불과했다. 이후 서양문물이 들어오면서, 무지개가 지금의 일곱 가지 색으로 표현되기 시작한 것이다. 

반면 미국에서는 무지개를 6가지 색으로 표현한다. 빨주노초파남보에서 남색이 빠진 것이다. 그 이유에 대한 여러 가설이 있지만, 미주권에서는 파란색과 남색을 같은 색으로 보는 문화 때문이라는 가설이 가장 유력하다. 또 독일과 멕시코 원주민은 다섯 가지 색으로, 이슬람권에서는 빨강, 노랑, 초록, 파랑, 이렇게 네 가지 색으로 표현한다. 아프리카에서는 부족에 따라 두, 세 가지 또는 서른 가지 색으로 나타내기도 한다. 이렇게 무지개 색은 각 나라의 색을 바라보는 문화에 따라 다르게 표현된다. 
 

사진 2. 미국 알래스카의 쌍무지개(출처: Eric Rolph at English wikipedia)




■ 뉴턴이 재정비한 ‘빨주노초파남보’! 

무지개를 ‘빨주노초파남보’, 일곱 가지 색으로 처음 정한 사람은 뉴턴이다. 뉴턴이 빛의 성질을 연구하던 중 창문으로 들어오는 빛을 프리즘에 통과시키면 그 빛이 여러 가지 색으로 나뉜다는 사실을 발견한 것이다. 

뉴턴이 이런 사실을 발견할 당시 사람들은 빛이 흰색이라고 생각했다. 물질이 띠는 색은 그것이 갖고 있는 고유한 색이기 때문에 빛과는 상관없다고 본 것이다. 하지만 뉴턴은 다르게 생각했다. 보는 시각에 따라 물질의 색이 달라지는 이상한 현상이 있다는 것을 인지하고 있었고, 그 이유가 빛 때문이라고 생각했다. 대표적인 현상이 무지개였다. 그 결과 프리즘 실험을 통해 빛에 대한 기존의 생각을 완전히 뒤집은 것이다. 

그런데 왜 뉴턴은 무지개를 일곱 가지 색깔로 구분한 것일까? 그 이유는 숫자 7을 성스러운 숫자로 생각했던 당시의 문화 때문이라고 전해져 온다.성경에서 7은 완전수면서 성스러운 숫자다. 구약성서에서 신은 천지를 7일 만에 창조했고, 고대의 민족은 움직이는 별을 태양과 달, 화성, 수성, 목성, 금성, 토성 이렇게 7개로 간주했다. 음악의 음계도 도, 레, 미, 파, 솔, 라, 시로 정확히 7개다. 이렇게 많은 분야가 성스러운 7과 관련이 있는 만큼, 뉴턴도 무지개의 색을 7개로 맞췄을 것이라고 추측하고 있는 것이다. 

■ 실제 무지개는 최대 207색! 

무지개는 지구로 들어온 태양빛이 공기 중에 떠 있는 물방울을 만나 반사되고 꺾이는 현상이다. 물방울이 뉴턴의 실험에 사용된 프리즘 역할을 해 빛이 분해되도록 한 것이다. 그렇다면 뉴턴이 정한 무지개 색이 일곱 가지인 것처럼 빛의 색도 일곱 가지일까? 

그렇지 않다. 사실 빛은 7개 보다 훨씬 많은 색을 갖고 있고, 뉴턴의 실험처럼 빛을 프리즘에 통과시키면 최대 207색까지 구분할 수 있다고 한다. 

우리 주변을 둘러보면 정말 셀 수 없이 많은 색이 있다. 사람이 정해 놓은 노란색 하나에도 엄청나게 많은 색이 있지 않은가. 우리가 이렇게 물체의 색을 볼 수 있는 것은 물체가 자신의 색과 같은 색의 빛을 반사하기 때문이다. 빨간색 물체는 빨간색 빛을 반사하고, 파란색 물체는 파란색 빛을 반사한다. 빨간색 물체에 파란색 빛을 쐬면 반사하지 못하기 때문에 검게 보인다. 만약 빛이 7가지의 색만 갖고 있다고 생각해 보자. 그럼 우리 주변에는 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보 이외에 물체는 온통 검정색으로 보일 것이다. 

사람의 눈으로 색을 구분하는 데는 한계가 있다. 우리가 특정 색의 이름을 ‘노란색’이라고 불렀을 때, 그 색이 우리에게 노란색으로 인지될 뿐이다. 어쩌면 무지개는 207개 보다 더 많은, 무한 가지의 색을 갖고 있다고 표현해야 할지도 모르겠다. 

글 : 이윤선 과학칼럼니스트

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드레스 색깔 논쟁, 누구도 틀리지 않았다

드레스 한 벌 때문에 각국의 인터넷과 SNS가 뜨겁게 달아올랐다. 유명인이 입어서도 아니고 귀하고 비싼 제품이어서도 아니다. 가격도 수십 수 백 만원이 아닌 8만원 정도고 브랜드도 평소에 별로 들어보지 못한 ‘로만(Roman)’이라는 회사다. 세계적인 스타들까지 가세해 품평회를 할 만한 상품은 못 되는데도 논평이 끊이지 않았다. 

더욱 놀라운 것은 품질이나 디자인이 아닌 ‘진짜 색깔이 무엇인지’ 가려내기 위해 주목을 받았다는 점이다. 직접 찍은 사진까지 있는데도 사람들마다 서로 다른 색이라고 우겨댔다. 연예인과 패션전문가뿐만 아니라 사진가, 광학연구자, 인지과학자, 심리학자까지 총동원돼 드레스에 대해 그리고 기묘한 현상에 대해 분석했다. 이른바 ‘드레스 논쟁’이다. 

사건의 출발은 이러하다. 영국 북서부의 외딴 섬 콜론시(Colonsy)에 사는 케이틀린 맥닐(Caitlin McNeil)은 스코틀랜드 전통음악 밴드 ‘카나(Canach)’의 싱어로 활동 중이다. 결혼식 피로연에서 연주를 해주기로 친구와 약속했는데, 어느 날 사진을 한 장 보내오며 의견을 물었다. 어머니가 피로연에서 입겠다며 의견을 물어왔는데 어떻게 보이냐는 것이다. 파란색과 검은색의 레이스가 가로 줄무늬로 겹쳐 있고 소매 부분이 풍성한 원피스 드레스였다. 

케이틀린은 무심결에 “파란색-검은색 드레스네” 하고 대답했다가 친구로부터 면박을 들어야 했다. “무슨 소리야. 흰색-금색이잖아.” 이때부터 논쟁이 시작됐다. 멀쩡히 사진이 찍혔는데 전혀 다른 색으로 이야기하는 친구를 이해할 수 없었다. 결국 ‘텀블러(Tumblr)’라는 SNS 사이트에 사진을 올리고 네티즌의 의견을 구했다. “이 드레스 색깔이 흰색-금색인가요, 파란색-검은색인가요?” 
 

색깔 논쟁 드레스 (출처 : SNS Tumblr Swiked.)



그런데 사람마다 의견이 달랐다. 어떤 사람은 파란색이다, 다른 사람은 아니다 흰색이다 대답이 제각각이었다. 보다 못한 사람들이 사진을 퍼 나르기 시작했고 삽시간에 지구촌으로 퍼져나갔다. 2천만 명이 넘는 사람들이 케이틀린의 SNS 사이트를 찾아왔고 세계적인 팝 스타들도 트위터를 통해 논쟁에 가세했다. 해외 인터넷 투표에서는 파란색-검은색이라는 의견이 30%, 흰색-금색이 70% 정도였다. 우리나라 네티즌들도 논쟁을 벌였다. 인터넷 게시판마다 드레스 색깔에 대한 주장과 다툼이 이어졌다. 의견과 분석도 제각각이었다. 상대를 비난하고 인신공격을 하는 글까지 등장했다. 

같은 물건을 찍은 사진을 보고 어떻게 사람마다 다른 색을 이야기할 수 있을까. 결론부터 이야기하자면 원래 드레스의 색깔은 파란색-검은색이 맞다. 하지만 흰색-금색이라고 대답한 사람들도 틀린 것은 아니다. 문제의 원인은 우리의 뇌가 눈에 보이는 색을 있는 그대로 인식하지 못하는 데 있다. 같은 색이라 하더라도 사람에 따라 다르게 받아들여질 수 있다는 것이다. 여기에는 3가지의 불일치가 작용한다. 

사람이 물체를 볼 수 있는 것은 ‘가시광선’ 덕분이다. 다양한 종류의 빛 중에서 물체에 부딪혀 반사될 때 380~780nm(나노미터)의 파장 길이를 가지는 광선을 가리킨다. 파장의 길이가 짧아져 380nm에 가까워지면 보라색이 되고 780nm에 다가갈수록 빨간색으로 보인다. 그 사이에는 흔히 알고 있는 빨주노초파남보의 무지개 색이 들어 있다. 

우리 눈의 망막에는 빨간색(R), 초록색(G), 파란색(B)의 3가지 색을 느끼는 원추세포가 있다. 빛의 종류에 따라 세포의 활성화 정도가 달라지면서 뇌로 전달되는 전기신호도 다양하게 바뀌며 이를 판단해서 색을 구분하는 것이다. 그러나 빨간색을 보여주었을 때 모든 사람의 뇌가 동일하게 반응하지는 않는다. 빛의 파장도 동일하고 원추세포의 움직임도 동일하지만 뇌는 사람마다 다르게 작동하는 것이다. 

외부의 물리적 자극을 각자 다르게 받아들인다면, 개나리꽃이 활짝 피었을 때 사람마다 다른 신호를 해석하고 있는 셈이다. 그런데 어떻게 모두가 똑같이 “노란 꽃이다” 하고 말할 수 있을까. 이것은 교육과 합의에 의한 결과다. 특정 물체에 반사돼 눈으로 들어오는 색채에 누군가 이름을 붙였다면, 다른 사람에게 그 명칭을 가르쳐줌으로써 공통된 용어를 사용하는 것이다. 같은 개나리꽃을 보더라도 나와 상대의 뇌 속에는 서로 다른 신호가 오가는 셈이다. 이것을 ‘지각색(知覺色)’이라 한다. 여기서 첫째 불일치가 생긴다. 

게다가 우리가 사는 지구는 시간과 장소에 따라 빛의 세기가 달라진다. 가장 큰 광원인 태양이 어디에 위치해 있느냐에 따라 빛이 강렬해지기도 하고 어스름해지기도 한다. 빛이 달라지면 물체의 색도 달라진다. 동일한 물체를 들고 다녀도 운동장 한 가운데와 나무 그늘 아래에서는 서로 다르게 보일 수밖에 없다. ‘색채 현시(顯示, 나타내 보임)’라는 현상이다. 여기서 둘째 불일치가 생긴다. 

그런데도 우리는 “물체의 색이 변했다”고 하지 않는다. 밝은 곳에서도 어두운 곳에서도 개나리꽃은 여전히 노랗다고 생각한다. 이렇게 환경 변화에 상관없이 물체의 색을 동일하게 인식하는 뇌의 기능을 ‘색채 항상성’이라 부른다. 사과를 파랗고 하얗게 칠하는 인상파는 색채 항상성 대신에 색채 현시를 강조하고, 자신만의 지각색으로 표현한 사람들이다. 

자주 보던 물체라면 빛의 특성과 세기를 감지해서 색채 항상성을 발휘할 수 있지만, 처음 접하는 물체는 판단이 쉽지 않다. 꽃의 색이 원래 노란 것인지 빛 때문에 그렇게 보이는지 알기가 어렵다. 이때 각자의 판단이 개입된다. 자신의 지난 경험을 토대로 물체의 색을 유추해서 결론을 내리는 것이다. 이것이 ‘기억색’이다. 같은 물체라도 사람마다 경험이 달라서 서로 다른 색으로 판단할 수 있다. 여기서 셋째 불일치가 생긴다. 

물리적인 가시광선의 파장이 무엇인지를 알지 못해 드레스 논쟁이 생겨난 것은 아니다. 컴퓨터 그래픽 소프트웨어 ‘포토샵’을 만드는 어도비 사(社)는 사진을 컴퓨터로 분석해 “파란색과 검은색이 맞습니다” 하는 대답을 내놓았다. 그러나 이것은 색채 현시만 고려했을 뿐 사람마다 지각색이 다르다는 사실을 간과한 결과다. 당연히 논쟁을 멈출 수 없었다. 

누구나 자신만의 기억색에 의존해 색채 항상성을 발휘한다. 드레스의 원래 색깔이 파란색-검은색이라 하더라도 일부의 눈에는 하얀색-금색으로 보일 수 있다. 옷에 내리쬔 조명이나 실내 환경을 나름 고려해서 판단한 것이다. 그러므로 다수의 의견을 내세워 소수의 의견을 “틀렸다”고 단정 지어서는 안 된다. 

감정싸움으로까지 번진 드레스 논쟁은 의외로 여러 가지의 긍정적인 결과를 낳았다. 사람들은 서로의 시각이 일치하지 않을 수 있음을 배웠고, 물리적인 정보에 근거했어도 타인의 의견을 마냥 비난할 수는 없다는 사실을 알게 됐다. 맨 처음 사진을 올린 영국 시골의 21세 소녀는 세계적으로 유명해져서 미국의 팝스타들과 친해졌고, 문제의 드레스를 제작한 로만 사(社)는 연이은 매진 사례에 즐거워하며 흰색-금색 버전의 새 드레스까지 내놓았다. 지구촌은 온갖 사람들이 한데 모여 서로 다른 의견을 내놓고 부딪히기도, 타협하기도 하며 다양성을 배우는 장소라 불러야 할 것이다. 

글 : 임동욱 과학칼럼니스트

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[실험] 동전을 꿀꺽~ 마술 저금통 만들기

반짝거리는 조명, 넓은 실내 공간, 죽 늘어선 테이블…. 그런데 안으로 들어선 순간, 생각보다 작은 실내에 당황한 경험이 있나요? 알고 보니 벽면과 천장이 온통 거울이 붙어 있었네요.

한정된 공간에서 실내를 더 넓어보이도록 하는 가장 간단한 방법, 바로 벽면을 거울로 장식하는 거예요. 거울에 비친 실내가 마치 거울 뒤에 있는 것처럼 느껴져, 실제 공간보다 몇 배나 더 넓어 보이는 효과를 내지요. 거울은 빛의 반사 성질을 이용해 물체를 비춰 보여줘요. 이런 거울의 성질을 이용하면 신기한 마술 상자를 만들 수 있어요.

[교과과정]
초 3-2 빛과 그림자
초 6-1 빛
중 2 빛과 파동

[학습주제]
빛의 성질 이해하기
거울의 반사

<실험 방법 및 원리>






*실험 주의사항 : 도면 왼쪽 아랫부분의 흰색 직사각형이 은광필름 사이즈입니다. 오려서 은광필름 뒷면에 붙여 주세요. 은광필름에 두꺼운 종이를 붙이는 이유는 동전을 저금통에 넣을 때 얇은 은광필름의 출렁임을 줄이기 위해서입니다. 하지만 동전을 많이 넣으면 은광필름이 휘어지기 쉬우니 적당히 조절하세요.

우리가 물체를 볼 수 있는 이유는 빛이 있기 때문이예요. 스스로 빛을 내는 광원 외에 빛을 내지 못하는 물체들은 햇빛이나 전등과 같은 광원으로부터 받은 빛을 반사해요. 반사된 빛이 우리 눈에 들어와 물체를 인식할 수 있는 거지요.

거울은 빛의 반사를 이용해 물체의 모습을 비추는 도구예요. 표면이 편평한 유리판 뒷면에 수은을 바르고, 그 위에 습기를 막기 위한 칠을 해 만들지요. 거울에 물체가 비치는 이유는 빛이 직진하다가 사물에 부딪힌 다음, 거울에 다시 부딪혀 튕겨져 나와 우리 눈에 들어오기 때문이예요.

위 실험에서는 거울 대신 은광필름을 사용했어요. 유리나 플라스틱으로 된 거울은 상자 사이즈에 맞춰 자르기 어렵기 때문이예요. 마술 저금통의 핵심은 거울로, 상자의 대각선 사이즈에 꼭 맞아야 하거든요. 은광필름은 거울처럼 사물을 비춰 보여주면서 얇고 잘 휘어져, 원하는 사이즈로 자르기 쉽답니다.

상자 내부를 대각선으로 가로지른 은광필름은 상자의 바닥을 반사시켜 보여 줘요. 이 때 앞쪽으로 난 창을 통해 보면 사방이 바둑판 무늬로, 상자의 전체를 보는 것 같지요. 하지만 은광필름 윗부분은 보이지 않아요. 저금통 구멍으로 넣은 동전은 바로 이 부분, 은광필름 윗부분에 쌓이기 때문에 앞쪽 창문에서는 보이지 않는 거지요. 저금통에 동전을 넣으면 사라지는 이유, 이제 확실히 알겠죠?

그밖에도 거울은 일상생활에서 다양하게 활용되고 있어요. 일반적으로 우리가 쉽게 접하는 평면거울은 물체의 모습을 있는 그대로 보여줘요. 거울 표면이 편편하고 매끄러워, 모든 빛이 일정한 각도로 빛을 반사하지요.

이런 평면거울 외에도 볼록거울이나 오목거울도 많이 사용돼요. 볼록거울은 가운데 부분이 볼록한 거울로, 평행 광선을 퍼지게 해 물체가 실제보다 작아보이지만 평면보다 더 넓은 곳을 볼 수 있어요. 때문에 편의점 천장 모서리 부분이나 사고가 나기 쉬운 도로, 자동차 사이드 미러 등에 많이 쓰이지요. 오목거울은 가운데 부분이 오목한 거울로, 물체가 거울에 가까이 있으면 상이 크게 보이고, 멀리 있으면 위아래가 거꾸로 뒤집혀 작게 보여요. 때문에 물체를 크게 봐야하는 화장용 거울이나 천체망원경, 현미경 등에 사용한답니다.

[다운로드 : 저금통 도면]

글 : 유기현 과학칼럼니스트
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