빛

빛의 정체는 전자파

빛이란, 전자파라고 불리는 방사 에너지의 일종이다. 빛 이외의 전자파는 직접 볼 수 없기 때문에 알기 어렵지만, 라디오나 텔레비전의 전파, 리모컨, 휴대전화, 전자렌지 그리고 적외선, 자외선, X선이나 감마선 등도 전자파로써 우리들의 주변에서 많이 이용되고 있다. 결국 빛은 이 전자파의 극히 일부를 차지하는데 지나지 않는다. 전자파는 입자의 성질(입자성)과 파동의 성질 파동성을 함께 가지고 있지만, 색은 파동의 성질을 생각하면 쉽다. 이렇게 파동의 특징을 나타내는 것으로 「파장」이 있다. 파장이란 파동이 전달될 때 그 파동의 마루에서 마루 또는 골에서 골까지의 길이가 일정한 점에 주목한 것으로, 파장의 길이는 길이 단위인 m나 km로 나타나지만, 빛의 파장은 짧기때문에 nm(나노미터)라고 표기한다. 1nm는 10억분의 1m의 길이단위를 말한다. 전파, X선, 감마선 등이 어떤 파장에 해당하는가를 알 수 있다. 빛은 전자파 중에서 햇볕에 타는 원인인 자외선 과열 작용을 가진 적외선 사이의 범위에 있다. 빛은 인간의 눈에 들어와 여러 가지 색을 느끼게 하는데, 그 파장은 380nm부터 780nm의 범위이다. 이 범위에 해당하는 전자파의 일부가 인간에게 여러 가지 색 감각을 일으킨다는 것에서 「가시광선」이라 부른다. 즉, 우리들이 보통 색으로 인식하는 빛은 380nm부터 780nm 사이의 파장을 포함하는 가시광선이다. 

 

백색광에는 모든 색이 있다.

겉으로 봤을 때는 특정한 색이 없는 것처럼 느끼는 태양광선을 프리즘에 통과시켜 보면, 무지개와 같은 색이 나타난다. 이러한 실험은 초등학교 시절에 해본 적이 있을 것이다. 흰 빛에 포함되어 있는 색의 성분을 각 파장별로 나눔으로써 우리 눈에 보이는 형태로 만드는 실험이다. 우리들의 눈에 들어와 색 감각을 일으키는 빛의 파장, 다시 말해 가시광선을 380nm에서 780nm라고 하는 극히 작은 범위에 해당한다. 400nm 부근은 보라, 480nm 부근은 파랑, 520nm 부근은 초록, 580nm 부근은 노랑, 680nm 부근은 빨강색이다. 덧붙여 380nm 이하의 파장영역에는 자외선, 780nm 이상의 파장영역에는 적외선이 있다. 가시광선은 여러 가지 색을 포함하는 영역이며, 프리즘을 통과시켜, 서로 다른 파장으로 나눌 수 있다. 여러 가지 파장을 포함한 빛을 각 파장으로 나누는 것을 「분광」이라 한다. 분광되어 단일파장으로 나타나는 빛을 「단색광」이라고 한다. 태양광의 색은 파장이 긴 쪽부터 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 순으로 나타난다. 이렇게 파장의 순서를 단색광으로 표시한 것을 「스펙트럼」이라고 한다. 스펙트럼은 어떤 빛이 어떠한 파장을 포함하고 있는가를 나타낸다. 그리고 빛의 파장 전체에서 각 파장이 얼만큼의 에너지를 가지고 있는가를 분석한 것을 「분광분포」라고 하며, 색채학에서는 주로 이를 사용한다. 이러한 실험을 처음으로 시도한 사람의 뉴턴이다. 그는 흰 빛인 태양광을 프리즘에 통과시켜 파장의 순서대로 7개의 색으로 분류했다. 그리고 7개의 색을 다시 프리즘에 통과시켜 원래의 흰빛으로 되돌렸는데 이는 흰 빛인 태양광이 여러 가지 색의 집단임을 나타내고 있다. 즉, 가시광선의 모든 파장을 균등하게 포함한 빛이 흰빛, 백색광이 되는 것이다. 

 

물체의 색이 보이는 원리

우리들은 흔히 물체 자체에 색이 있는 것처럼 생각한다. 그러나 여러 가지 파장을 포함한 빛을 비출 때, 물체가 어떤 파장을 얼만큼 흡수하고 반사 혹은 통과했는가에 의해 색이 결정된다. 예를 들면, 사과의 빨간색이 어떻게 보이는지 생각해보자. 단파장의 모라 또는 파랑, 중파장의 초록 또는 노랑, 장파장의 빨간빛과 같이 여러 가지 색을 포함한 태양광이 사과에 닿으면 파랑이나 초록 빛은 흡수되고, 장파장의 빨간빛은 대부분 반사되어 눈에 도달한다. 그 결과 우리들은 사과를 빨갛다고 느끼는 것이다. 한편, 레드와인이 담긴 글래스로 빛을 받았을 때와 같이 장파장의 붉은 빛만이 투과하고 그 이외의 파장의 빛은 흡수되는 경우도 있다. 물체는 크게 나누면, 빛을 반사하는 특성을 가진 반사물체(예를 들면, 사과)와 빛을 투과하는 특성을 가진 투과물체(예를 들면, 와인)의 2가지로 분류할 수 있다. 빛은 물체에 닿아서 반사, 흡수, 투과 중 어느 한 형태를 취한다. 뉴턴의 실험에서 알 수 있듯이, 태양광에는 모든 가시영역의 파장이 포함되어 있기 때문에, 물체에 닿으면 그 파장의 일부는 물체에 흡수된다. 그리고 그 남은 파장이 반사 또는 투과하여 우리들의 눈에 색 감각을 일으킨다. 다시 말해 우리들이 느끼는 색은 물체를 비추는 흰 빛의 일부 파장이 그 물체로 흡수되어 분광분포가 바뀐 결과이다. 반사물체 또는 투과물체의 색은 파장별로 입사광(조명한 빛)에 대한 반사광(되돌아온 빛) 또는 투과광 (반대측으로 빠져나간 빛)의 비율로 나타낼 수 있다. 그것을 각각 분광반사율, 분광투과율 이라고 한다. 그리고 각각을 그래프로 나타낸 것을 분광 반사율 곡선, 분광 투과율 곡선이라고 하며, 그래프에 의해 대개 어떤 색인지를 판단할 수 있다. 여기서 반사와 흡수에 관해 조금 더 자세히 보도록 하자. 표면에 광택이 있는 글로시한 컬러 프린트를 준비하고, 그 사진의 각도를 바꾸어 관찰한다. 그러면 사진을 비추고 있는 백색광과 눈의 위치에 따라 어떤 각도에서는 번뜩번뜩한 흰 빛만 보이고 컬러 프린트의 색은 보이지 않지만, 다른 각도에서는 컬러 프린트의 색이 보인다. 이러한 현상은 컬러 프린트의 표면에서 빛이 반사되고 흡수된 상태에 따라 나타나는 것이다.