빛의 물리적 본질

뉴턴의 광학

뉴턴은 저서 '광학' 제1편에서 태양의 백색광을 프리즘에 통과시키면 스펙트럼 단색광으로 분해하고, 다시 프리즘으로 단색광을 재합성하면 원래의 백색과로 돌아간다는 실험을 통해 백색광은 수많은 단색광이 합쳐진 것이며, 유채색은 빛의 변화에 따른 것이 아니라 단지 합성 비율을 바꿈으로써 생겨난다는 사실을 밝혔다. 그러나 단색광은 굴절률이 서로 다르다는 것에 주안점을 두어, 박막 간섭은 충실히 연구하면서도 빛이 파동이라는 성질은 부정했다. 색채학에서 뉴턴의 공적은 태양 광선의 스펙트럼 분해뿐 아니라, '광선에는 색이 없다. 거기에는 색의 감각을 불러일으키는 능력과 성질이 있을 뿐이다'라고 지적한 점에 있다. 이와 같이 색이 물리적 존재를 넘어서 심리적 존재라는 것을 알린 뉴턴의 학설은 후대의 색채심리 연구자들로부터 높이 평가받고 있다.

 

괴테의 색채론

세계의 대문호로 유명한 괴테는 1810년에 '색채론' 3부작을 발표했다. 그 중에서 '교시편'은 오늘날 또 다시 평가를 받고 있다. 괴테는 형태학을 창조하였고, 색채 연구에도 정열을 쏟아 색채학의 일정 영역을 개척했다. 밝은 방을 프리즘을 통해 들여다보면 흰 벽면은 그대로 보이지만 검은색 물체와 흰 벽의 경계부분에 멋진 스펙트럼 무지개가 떠오르는 것을 볼 수 있다. 이 관찰을 통해 괴테는 뉴턴의 실험을 부정하고 유채색은 흰색과 검정 사이에 위차한다는 아리스토텔레스의 주장을 인정하게 되었다. 이는 과학자들에게 이해하기 어려운 신비한 색채이해로 비춰져 오랫동안 괴테의 색채론은 인정받지 못했다. 그러나 있는 그대로 색을 관찰하는 자신의 눈을 근거로 한 괴테의 연구 방법은 감각 심리학에 해당하는 색채현상이 탄생하는 시초가 되었다. 특히 대비, 잔상, 복수 투광에 의한 그림자의 색 등 관찰에서 얻은 내용들이 오늘날엗도 주목할 만한 성과에 해당한다. 독일의 룽게(Runge, Philipp Otto, 1777~1810, 북독일 낭만파의 대표화가), 오스트발트(Wilhelm Ostwald 1853~1932, 독일 화학자), 슈타이너(Steiner, Rudolf, 1861~1925, 독일 철학자) 그리고 독일 색채 공업 규격에 이르기까지 탄탄한 색채 연구의 거대 산맥이 형성된 것은 괴테의 존재 없이 불가능한 일이었다.

 

빛의 물리적 본질에 관한 논쟁

뉴턴 이전에 네덜란드의 호이겐스(Christian Huygens 1629~95)는 빛의 반사, 굴절, 복굴절 등을 설명할 수 있는 빛의 파동설의 기초를 확립했는데, 뉴턴의 입자설이 주류를 이룬 후대에서 파동설은 한 때 인정을 받지 못했다. 그러나 19세기 이르러 영국의 의사이자 물리학자인 토머스 영(Thomas Young 1733~1829)과 프랑스의 프레넬(A.J.Fresnel, 1788~1872)이 각각 파동설을 주장함으로써 파동설의 전환기를 맞게 된다. 토머스 영은 당시 발견된 편광의 현상에서 빛은 횡파라고 했고, 프레넬은 간섭, 회절 현상을 파동으로 설명해 매질의 경계면에서 편광 반사율을 나타내는 방식을 통해 파동설의 우위성을 밝혔다. 여기서 편광이란 횡파에서 진동 방향의 기울기를 말한다. 또한 스코틀랜드의 물리학자 맥스웰(J.C.Maxwell 1831~79)은 1864년에 전자파 이론을 공식화하고 빛을 전자파의 일종이라고 결론지었다. 한편, 광정효과를 낳는 단색광의 최소치 등에서 빛의 양자성이 인정되어 독일의 이론 물리학자인 프랭크는 양자가설에서 빛의 최소 단위인 광양자로 광자를 정의했으며, 아인슈타인은 1905년에 발표한 '광양자 가설'에서 '빛은 파동과 입자의 이중성을 지니며, 진동수 (뉴)의 전자파는 h(뉴)의 에너지를 가진 양자로서 활동한다'고 '광자'를 정의했다. 아인슈타인 이후로 전자파, 즉 빛은 파동성과 입자성이 동시에 존재한다고 여겨지고 있다. 그러나 색채학에서는 대부분 파동성만을 고려하는 것으로 충분하다.