현대사회 많은 기술이 빛으로 구현
과학자들 빛에서 깊은 영감 얻어

올해는 유엔이 정한 ‘세계 빛과 광기술의 해’이다. 전 세계 85개국, 100여개 이상의 기관이 참여해 기리는 이 행사는 1000년 전에 이슬람의 과학자 이븐 알 하이삼이 광학 분야의 업적을 집대성해 펴낸 ‘광학의 서(書)’란 책의 출간을 기념해 조직된 것이다. 이 책은 인간의 시각, 빛의 반사와 굴절 등에 대한 뛰어난 업적을 포함하고 있었고, 케플러나 뉴턴을 포함한 많은 과학자에게도 커다란 영향을 미쳤다. 국내에서도 ‘2015 세계 빛의 해 지원 결의안’이 국회에서 통과되는 등 빛의 해에 대한 관심이 높아지고 있다.

그런데, 왜 이 시점에서 ‘빛과 광기술’이 강조되는 것일까. 우리의 하루 생활을 돌이켜보면 그 답이 쉽게 나올 것 같다. 인간의 활동 시간을 넓혀준 각종 조명기술, 정보 획득의 주된 수단이 된 각종 디스플레이, 정보전달의 핵심 수단인 광통신 등 현대문명사회를 받쳐주고 있는 많은 기술이 모두 빛을 매개로 구현되고 있다. 빛, 특히 가시광선은 인간의 눈이 직접 느낄 수 있는 전자기파의 일부분이고 우리가 정보를 취득하는 가장 중요한 시각이다. 게다가 우리 눈으로는 느낄 수 없으나 광범위한 분야에서 활용되는 전파, 적외선, 자외선, 엑스선 등을 포함하면 빛과 광기술이 없는 현대사회는 상상할 수 없을 것이다.

빛은 또한 과학자들이 원자에서 우주까지 엄청난 스케일로 펼쳐져 있는 자연 현상을 더 잘 이해하기 위해 활용하는 주요 수단이다. 최근 국내 연구진이 팸토초(1000조분의 1초) 펄스레이저를 이용해 원자의 화학 결합 과정을 관측한 결과가 과학저널 네이처에 실려서 관심을 끈 바 있지만, 원자나 분자가 내는 빛을 분석하거나 이들에 다양한 빛을 쬐어주며 그 반응을 관측하는 것은 미시세계를 들여다 볼 수 있는 유리창과 같은 것이다.

고재현 한림대 교수·물리학

우주로 눈을 돌려 보면 어떨까. 지구의 궤도에는 허블망원경을 포함해 먼 별이나 은하가 보내는 빛, 그리고 빅뱅의 잔해물인 마이크로파 배경복사 등 지구로 쏟아지는 빛을 측정하는 다양한 천체망원경이 맹활약 중이다. 지상에서는 하와이나 칠레의 고산지대에 버티고 있는 거대망원경이 대기권을 뚫고 내려오는 희미한 빛을 감지하고 있다. 그런데 대기권의 공기층은 자신을 통과해 지나가는 별빛을 산란, 굴절시키며 망원경에 맺히는 상을 왜곡시켜 ‘반짝이는’ 별로 만들어 버린다. 이때 왜곡된 상을 복원하기 위해 동원하는 구원투수 역시 빛이다.

과학자들은 밝은 별 하나를 타깃으로 삼아 이 별의 상을 측정하면서 형상을 변화시킬 수 있는 반사경과 컴퓨터를 활용, 별의 상이 왜곡되지 않도록 조정하면서 밝은 별 주변의 별이나 은하를 측정하는 기법을 활용한다. 찍고자 하는 방향에 밝은 별이 없다면? 전혀 걱정할 필요가 없다. 지상으로부터 90㎞ 위에 존재하는 나트륨층에 레이저를 쏘아 나트륨 원자들이 형광을 내면 그것을 인공별로 활용할 수가 있다. 이러한 적응광학 덕분에 천문학자들은 대기권 밖에 망원경을 올려놓지 않고서도 선명한 영상을 얻을 수 있다.

그렇지만 빛은 무엇보다도 과학자들에게 깊은 영감을 불러 일으키는 존재였다. 아인슈타인이 젊은 시절 빛과 같은 속도로 날아가는 자신의 모습을 상상하면서 특수상대성 이론의 싹을 틔웠다는 것은 잘 알려진 일화다. 영화 인터스텔라의 붐을 타고 더욱 유명해진 일반상대성 이론 역시 태양의 중력장에 의해 휜 시공간을 따라 휘어지는 별빛을 측정함으로써 확인된 바 있다. 올해를 빛의 해로 정한 또 다른 이유가 바로 아인슈타인의 일반상대성 이론 발표 100주년이라는 점도 이런 맥락에서 이해할 수 있다. 이번 주말에는 가까운 천문대를 찾아서 우리 태양계의 식구들과 은하수, 그리고 이웃 은하들을 희미하게나마 바라보는 것은 어떨까. 우주의 시작과 별의 탄생, 은하 형성의 비밀을 간직하며 우리 머리 위로 끊임없이 쏟아지는 빛을 상상하며 바라본다면 더 흥미진진할 것 같다.

고재현 한림대 교수·물리학