박종진의 과학 이야기- 가시광선

현대 우주론을 이야기할 때 대다수는 빅뱅 이론을 지지한다. 원인을 알 수 없는 대폭발로 우주가 시작됐다는 것인데 그 이름 때문에 우리는 자연스럽게 큰 소리(Big Bang)와 섬광(빛)을 상상한다. 사실 빅뱅이란 말은 1949년 라디오 대담 프로에 나온 저명한 교수가 자신과 반대되는 이론을 비꼬면서 했던 표현인데 지금은 점잖게 우주론을 대표하고 있다.     천체물리학자들은 빅뱅이 지금부터 약 138억 년 전에 있었다는 과학적인 추측을 한다. 처음에는 양성자, 중성자, 전자 틈바구니에 끼어서 빠져나오지 못했던 빛이 어느 정도 시간이 지난 후 우주의 온도와 밀도가 떨어지고 양성자와 중성자가 수소 원자라는 물질이 되면서 생긴 느슨해진 틈을 비집고 탈출하기에 이른다. 흑암 속 빅뱅 후 약 38만 년이 지난 후에야 비로소 빛이 나타났다는 것이 정설이다.   빛은 생명체에 절대적으로 필요한 요소로 우리는 태양에서 빛을 얻는다. 우리가 사는 태양계의 한 가운데 태양이란 이름의 별이 빛나고 있는데, 별이란 수소 가스가 중력에 의해서 뭉쳐진 덩어리로, 품고 있는 수소가 핵융합 반응을 하여 헬륨으로 변하면서 빛과 열을 내는 천체를 말한다. 그러므로 태양계 안의 모든 생명체는 중심성 태양에서 핵융합할 때 나오는 빛과 열이 생명의 원천이다.   빛은 전자기파의 한 부분으로 그 이름에서 알 수 있듯이 파동이다. 파동이란 진동이 퍼져 나간다는 말로 잔잔한 호수에 돌을 던지면 여러 개의 동심원이 사방으로 퍼지는 것을 볼 수 있는데 이것이 파동이다. 한 원의 맨 꼭대기에서 다음 원의 맨 꼭대기까지를 파장이라고 하며 전자기파는 파장의 길이에 따라서 여러 영역으로 나뉜다. 파장이 가장 짧은 쪽이 감마선이고 그다음이 차례로 X선, 자외선, 가시광선(빛), 적외선, 전파의 순이다. 전자기파 중에서 특히 우리의 시신경을 자극하여 맨눈으로 볼 수 있는 부분이 바로 빛인데 전문용어로는 '가시광선'이라고 한다.   그런데 빛은 파동이기도 하지만 입자다. 빛이 입자인지 파동인지는 오랫동안 다툼의 소지가 많았지만 현대 물리학에서 빛은 파동이며 입자라는 2중성을 갖는다고 정의한다.   빛의 속도는 초속 약 30만km인데 우주에서의 제한 속도다. 이 세상에 어느 것도 빛보다 빠른 것이 없다는 말이다. 그런 빛에는 직진, 반사, 투과, 굴절, 회절, 간섭, 흡수 등 7가지의 성질이 있다.       질량이 큰 천체 곁을 지나는 빛은 휘는데 이는 빛이 직진한다는 성질을 위반한 것이 아니다. 질량이 큰 천체에 의해 이미 그 주위의 공간이 휘어졌고, 이 휘어진 공간을 직진하는 빛도 관찰자의 눈에는 마치 휘어져 나아가는 것처럼 보이기 때문이다. 또한, 빛은 거울 같은 물체에 닿으면 입사할 때와 똑같은 각도로 반사되며, 투명한 매질을 만나면 투과한다. 밀도가 다른 매질로 들어가는 빛은 굴절하기 때문에 유리컵에 꽂힌 빨대가 휘어진 것처럼 보인다. 입자는 직선의 형태로 나아가지만, 파동이기도 한 빛은 소리처럼 회절하는데, 좁은 틈을 지나는 빛이 틈새의 바로 뒷면까지도 도달하는 데 이를 회절이라고 한다. 또 빛이 겹쳐지는 경우 서로 보강되거나 소멸하는 현상을 간섭이라고 한다. 바닷속으로 들어간 빛은 붉은색부터 흡수되다가 더 깊은 곳까지 도달한 파란색이 물 분자와 부딪혀서 바닷물은 푸르게 보인다. (작가)     박종진가시광선 박종진 과학 이야기 중성자가 수소 현대 우주론

2025.06.27. 13:27