광선에 의한 색깔

당신은 캄캄한 방안을 걸어 보려고 한 일이 있는가? 아니면 눈을 완전히 감은 채 매일의 활동을 해보려고 한 적이 있는가? 당신은 그렇게 하기가 두려울 것이다. 광선을 본다는 것은 참으로 위안이 되는 것이다. 다음의 영감받은 성서의 말씀은 참으로 사실인 것이다. “빛은 실로 아름다운 것이라. 눈으로 해를 보는 것이 즐거운 일이로다.”—전도 11:7.

태양은 조명의 주된 근원이다. 매일 매초마다 태양은 4백만 ‘톤’의 물질을 ‘에너지’로 변화시키고 있다. 이 ‘에너지’는 매초마다 해의 표면으로부터 모든 방향으로 297,000‘킬로미터’ 이상까지 방사되고 있다. 그러나 이 방사물의 본질은 무엇인가? 어떻게 눈에 보이는가? 그리고 어떻게 그처럼 다양한 색깔로서 우리에게 보이는가?

태양이 방출하는 것

태양의 방사물은 “전자 ‘에너지’” 혹은 “방사선”이라고 한다. 이 방사선은 빈번히 미립자의 흐름같이 보인다. 그러나 동시에 그것은 또한 파도가 이동하는 것같이 보인다. 이렇게 명백히 상이하게 보이는 것에 대하여 논평하면서 ‘월터 제이. 무어러’ 교수는 이렇게 말하였다. “광선이 하나의 그림틀 안으로 잘 맞아 들어가려고 하지 않는 것, 이것이 자연 철학에 있어서 가장 큰 난제 중의 하나였다.”

광선을 포함한 모든 방사선이 태양에서 동일한 속력으로 나아가는 반면 모두가 같은 방사선은 아니다. 광선에는 많은 종류가 있다. 방사선의 어떤 종류는 길이를 ‘마일’로 측정해야 하는 긴 파장을 가지고 있다. 다른 방사선은 한 ‘인치’의 수백만분의 일 심지어 수십억분의 일 길이의 조그만 파장을 가지고 있다.

긴 파장을 가진 방사선에는 열파와 매우 긴 ‘라디오’ 전파가 들어 있다. 그리고 태양에서 투사되는 짧은 방사선 중에는 자외선, ‘엑스’선, ‘감마’선 그리고 대단히 짧은 우주선이 있다. 그러나 이들은 사람의 눈에는 전혀 보이지 않으므로 이들을 종종 비시 광선(非視光線)이라고 한다. 그러나 긴 열파와 짧은 자외선 사이에는 눈에 보이는 대단히 가는 파장의 띠가 있다. 그러므로 우리가 볼 수 있는 부분은 우주선으로부터 ‘라디오’ 전파와 전류에 이르기까지 파장의 넓다란 ‘스펙트럼’의 중간에 있는 매우 가는 띠 뿐이다.

지구에 도달하는 방사선들

해에서 오는 모든 방사선이 이 지구에 도달하는 것이 아니다. 그 이유는 대기가 방패 역할을 하기 때문이다. 그러므로 지구에 도달하는 것은 보이지 않는 파장을 제외한 가시 광선(可視光線) 즉 보이는 광선의 파장인 것이다. 지구의 대기가 대부분의 비시 광선 즉 보이지 않는 방사선을 막아 주는 것은 참으로 반가운 일이다. 그것이 지구에 도달하는 것이 허용된다면 우리 모두를 죽일 것이기 때문이다!

그 반면 우리는 지구에 가시 광선이 그와 같이 풍부하게 넘쳐흐르는 것을 즐거워할 수 있다. 식물은 광선으로부터 ‘에너지’를 공급받아서 이산화 탄소와 물을 모든 음식물의 기초가 되는 간단한 당분으로 변화시키는데 사용하고 있다. 광선이 주는 이러한 ‘에너지’가 없이는 식물이 자랄 수 없으며 지구 위에서 아무 것도 살 수 없을 것이다.

색깔을 공급하는 파장

그러나 광선은 더 많은 것을 우리에게 준다. 광선은 화려한 색깔과 아름다움으로 우리에게 혜택을 준다. 주목할 만한 것은 우리에게 빛과 많은 색깔을 공급하는 보이는 파장의 띠가 매우 가늘다는 것이다. 우리 눈에 붉은 색으로 보이는 파장의 폭은 단지 약 1‘인치’의 3천 2백만분의 일에 불과하며 우리 눈에 보라색으로 보이는 파장은 1‘인치’의 1천 6백 만분의 1밖에 안된다.

이 방사선은 광선의 속도에 따라 나아가기 때문에 우리 눈 앞에 펼쳐지는 광파의 수는 매초 약 375조 개로부터 750조 개 사이이다. 이 진동이 인간의 시각 기관에 빛으로서 보이고, 진동수에 따라 색깔이 달라지는 것이다.

광선의 수많은 색깔

여러 가지 색깔로 구성된 광선에 관하여 이야기하는 것이 당신에게 이상하게 생각되는가? 당신은 광선이 모두 흰색이라고 생각하였는가? 그런데 광선은 보통 모든 보이는 방사선의 파장이 함께 나아가기 때문에 눈에 희게 보인다. 그러나 파장이 나뉘게 되면 우리는 광선의 각 색깔을 볼 수 있다.

당신은 언젠가 혼자서 이점을 시험하여 볼 수 있다. 당신은 전축의 ‘엘피’ ‘레코드’판을 광선에 비추어서 섬세하게 굴곡이 져 있는 표면을 살펴볼 수 있다. 광선은 회절(廻折)될 것이며 당신은 광선의 여러 가지 색깔을 볼 수 있을 것이다. 그렇지 않으면 폭풍우가 지난 후 어떻게 공중에 있는 작은 물방울이 햇빛을 근본 색깔인 보라색, 푸른색, 초록색, 노랑색, 주황색 그리고 빨간색으로 분리시켜 아름다운 무지개를 만드는지 관찰하였을 것이다.

이것은 광선이 단지 이러한 몇가지의 색깔로만 분리될 수 있음을 의미하지 않는다. 광선은 실제적으로 수만개의 다른 파장으로 나누어질 수 있으며 각 파장은 근본 색깔인 다른 색 혹은 색조를 만들어 낸다! 그러나 눈은 파장의 길이가 거의 같을 경우 한 광파의 색깔과 다른 광파의 색깔을 구별할 수 없다.

연구는 인간의 눈이 볼 수 있는 광선중 약 128가지의 분리된 색깔의 색조를 구별할 수 있음을 나타내었다. 그러나 이렇게 같은 색깔을 구별하기 위하여 광선의 한 파장을 ‘스크린’에 영사하지 있으면 안되며 이 파장을 없애기 전에 또 하나의 약간 다른 파장을 그 옆에 영사해야만 한다. 단지 시각적으로 색깔을 비교함으로써 눈은 가시 광선에서 100여 가지의 색깔의 차이를 볼 수 있는 것이다.

모든 색깔의 근원

당신의 눈을 잠시 동안 이 책장에서 떼어 당신의 주위에 있는 어떤 물건—아마 책가방이나 책상 혹은 마루바닥—을 자세히 살펴보라. 참으로 놀라웁게 다양한 색깔이 아닌가? 그러나 이 모든 색깔은 어디서 생기는가?

색깔은 책상이나 마루 혹은 당신이 본 어느 물체에도 존재하지 않는다. 우리가 이 물건의 색깔이 어떠하다고 말하는 것은 사실이다. 그러나 사실인즉 우리는 색깔을 가진 물체가 있는 세상에서 살고 있지 않다. 물체들의 색깔은 사실 그들 위에 비취는 광선 속에 있는 것이다. 광선은 유일한 색깔의 근원이다. 그리고 광선이 없이는 대단히 희미한 색깔까지도 존재하지 않는다.

광선을 바라봄

그러나 우리는 어떻게 색깔의 무수한 파장을 가진 광선을 볼 수 있는가?

광선이 공간을 지나갈 때 보이지 않으며, ‘라디오’ 전파와 다른 방사선도 마찬가지이다. 광선이 눈에 보이도록 하는 것은 광선이 닿는 물질적인 요소인 것이다.

예를 들어 우리가 먼지나 공기의 미립자가 없는 방안에 있다면 누가 회전등으로 비추어도 빛의 줄기나 진로를 볼 수 없을 것이다. 진공에서의 빛의 진로는 조금도 보이지 않는다. 그러므로 우주 비행사들이 우주선의 창문을 통하여 내다볼 때 찬란한 태양은 볼 수 있으나 하늘은 캄캄하다. 캄캄함은 빛 또는 색이 없는 상태이다. 태양은 우주 공간에 광선이 닿을 수 있는 물질이 없기 때문에 하늘을 밝게 할 수 없다. 우리는 광선이 광파를 우리 눈에 반사시킬 어떤 물체에 닿을 때에만 광선을 볼 수 있다.

그러면 색깔이 나타나게 하는 물체는 무엇인가? 왜 대부분의 식물과 나무는 초록색이며 하늘은 푸른색인가? 그리고 왜 저녁 수평선 가까이의 하늘은 때때로 진한 주황색으로 변하거나 붉은색으로 변하는가?

하늘에서 만들어지는 색깔

하늘은 수증기와 먼지 뿐 아니라 공기의 미립자들로 가득차 있다. 앞에서 우리는 대기가 죽음의 방사선으로부터 우리를 보호하여 준다는 것을 살펴 보았다. 대기는 대부분의 이러한 방사선을 우주 공간으로 도로 반사시키는 거대한 거울과 같은 작용을 한다. 그러나 광선은 이 방패를 뚫고 들어 온다. 그렇지만 그러한 과정에서 많은 광파는 공기 미립자에 의하여 분산되게 된다. 이 미립자의 크기는 짧은 푸른 광파를 다른 것보다 더 멀리 분산시킬만하다. 그러므로 하늘의 색깔은 푸른 것이다.

그러나 태양이 수평선에 가까와질 때 그것은 달라질 수 있다. 먼지가 많은 대기에 비취는 광선이 수평각이 될수록 긴 광파가 분산되는 경향이 있으며 이것은 하늘을 짙은 주황색 혹은 붉은색으로 보이게 하는 것이다. 그러므로 1883년 ‘크라카토아’ 화산이 맹렬히 폭발한 후 지구의 대기를 통하여 먼지의 미립자들이 분산되었으며 세계는 특별히 아름다운 연속적인 일출과 일몰의 광경을 즐기게 되었던 것이다.

대부분의 색깔이 만들어지는 방법

그러나 광선의 특정한 파장의 분산이 색깔을 만드는 근본적인 방법이 아니다. 모든 물체는 특정한 광파의 흡수와 다른 광파의 반사의 결과로서 특정한 색깔을 갖게 되는 것이다.

예를 들면 모든 식물과 나무는 엽록소 내에 있는 분자의 특별한 배열에 의하여 초록색이 된다. 햇빛이 엽록소 위를 비취면 대부분의 짧은 보라색과 붉은색의 광파가 흡수된다. 마찬가지로 대부분의 긴 붉은색 광파도 흡수되어 버린다. 흡수된 이들 광파는 음식물을 제조하는 식물과 나무에 의하여 사용된다. 그러나 주로 초록색 광파는 반사되기 때문에 식물과 나무가 우리 눈에 초록색으로 보이는 것이다.

인간이 만든 물건들 중 ‘페인트’, 색소, ‘잉크’와 같은 색깔은 동일한 방법으로 제조되게 된다. 그들의 색소 분자는 어떤 파장을 흡수한다. 아니면 우리는 그들이 가느다란 광선의 띠의 어떤 부분을 없애버린다고도 말할 수 있다. 그다음 그들은 흡수되지 않은 부분 혹은 없어지지 않은 부분을 도로 반사하게 된다. 그러므로 파장의 반사—즉 흡수되지 않은 광선의 모든 색깔이 혼합된 것—는 우리가 보는 대부분의 물체에게 색깔을 주는 것이다.

그러므로 붉은 색깔은 붉은색 광파만 반사하고 다른 광파는 흡수 혹은 없애버리기 때문에 붉은 것이다. ‘아스팔트’는 색소 분자가 모든 파장을 흡수하고 파장의 조금만을 반사하기 때문에 검은 색이다. 그 반면 우리가 보는 흰 색깔의 물체는 동일하게 광선의 모든 색깔을 반사할 때 흰색이 나타나게 되는 것이다.

색소는 실제로 최소 모든 색깔의 약간의 파장을 반사한다. 이론적으로 두 색깔이 각각 한 파장만을 반사한다면 그것은 혼합된 검정색이 될 것이다. 그러나 사실 우리가 푸른색과 노란색 ‘페인트’를 섞어서 초록색 ‘페인트’를 만들 수 있다. 이것은 푸른색 ‘페인트’는 또한 초록색 광파를 반사하며 노란색 ‘페인트’도 또한 초록색 광파를 반사하기 때문이다. 그러므로 그들이 혼합될 때 푸른색은 노란색 색소에 의하여 흡수되어버리며, 노란색 광파는 푸른색 색소에 의하여 흡수되어 버린다. 이렇게 하여 초록색 광파만 남게 되며 일반적으로 남은 두 가지가 다 반사되어 초록색 ‘페인트’가 만들어지는 것이다.

우리 주위에 있는 물건들이 반사하는 광파의 결합의 다양성은 상상을 불허한다. 아무 광파도 완전히 흡수되지 않기 때문에 우리는 세계가 놀라운 색깔의 배열로 우리를 둘러싸고 있음을 보고 있다. 약 천만 가지의 색깔이 존재하는 것으로 추정되고 있다.

어떻게 빛을 흡수하고 반사하는가 하는 점 외에 물체의 색깔의 요인은 광선 자체의 본질이다. 광선의 ‘에너지’는 모든 색깔에 고루 분배되지만 인공적인 빛은 그렇지 못하다. 상점에서 종종 사용되는 형광등은 강한 푸른 빛을 낸다. 그러나 백열등 전구는 푸른색의 파장이 결핍되어 있으므로 노란색을 나타낸다. 이것은 당신이 “쇼핑”을 하는 데 영향을 미칠 수 있다.

예를 들면 형광등이 달린 상점에서 붉은 옷을 살지도 모른다. 그러나 햇빛이 있는 밖으로 나왔을 때 당신은 그 옷이 실제로 너무 붉게 보여서 깜짝 놀랄 수도 있을 것이다. 이것은 푸른 광파가 집결되어 있는 형광등이 옷에 의하여 반사되는 붉은 광파를 충분히 만들어 내지 못하기 때문이다. 그렇지 않으면 백열 전구를 사용하는 상점에서 당신이 검정옷을 사고 있다고 생각할지 모른다. 그러나 햇빛이 있는 밖에 나왔을 때 그 옷이 푸른색임을 알게 될 것이다! 상점에 있는 백열등은 반사된 푸른색 광파를 내지 않은 것이며 옷이 모든 다른 광파를 흡수하여 버렸기 때문에 검게 보이는 것이다.

다른 방법에 의한 색깔

그런데 색이 만들어지는 또 한 가지 좋은 방법이 있다. 즉 그것은 어떤 물체의 표면의 구조에 의한 것이다. 생물이 나타내는 대부분의 가장 아름다운 색깔은 생물의 몸이 광선을 본질적인 광파로 분리시키는 방법의 결과인 것이다.

예를 들어 위로부터 볼 때는 금속성의 푸른 색을 나타내고 날개 표면을 따라 측면으로 보았을 때는 진홍색을 나타내는 나비를 고려해 보라. 틀리는 색깔은 광선이 섬세하게 굴곡이 져 있는 나비의 날개 겉면에 의하여 광파가 회절되어 버리기 때문에 생기는 것이다. 이것은 증명될 수 있다. 부드러운 밀초를 푸른 날개로 누를 수 있을 것이며 그러면 밀초는 나비의 색깔을 갖게 될 것이다. 그러나 밀초의 표면을 고르게 하면 색깔은 없어져 버릴 것이다.

사실 광선은 대단히 많은 좋은 것으로 우리에게 은혜를 베풀고 있다. 생명 자체는 지구를 가득 쪼이는 태양의 방사선에 의존하고 있다. 그러나 우리는 광선의 수많은 찬란한 색깔로부터 참으로 놀라운 특별한 혜택을 받고 있지 않는가! 그리고 우리는 이러한 은혜에 대하여 누구에게 마땅히 감사해야 하겠는가? 물론 그분은 바로 위대한 창조주이시다. 그렇다, “해를 낮의 빛으로 주신 여호와”께 감사를 드리자.—예레미야 31:35.