[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](35) 우주의 빛

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우주는 빛과 어둠으로 이루어져 있다. 어둠의 근원은 암흑물질과 암흑에너지이다. 스스로 빛을 내는 근원은 태양과 같은 별이다. 우리는 이를 항성이라 부른다. 지구상에서는 고온의 물질에서 빛이 생긴다. 빛은 물체가 광선을 흡수 또는 반사하여 나타내는 빛깔로 신경을 자극하여 물체를 볼 수 있게 하는 일종의 전자기파를 말한다. 빛은 모든 생명체의 어머니다.

빛은 보통 원자나 분자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동할 때 만들어진다. 원자핵 주변을 돌고 있는 전자가 어떠한 이유로 인해서 낮은 에너지상태로 이동할 때 잃어버린 에너지가 빛의 형태로 방출된다. 빛은 우리와 우주를 연결시켜 주는 중요한 매개체다.

여러분은 빛이라면 뭐니 뭐니 해도 태양이 가장 먼저 떠오를 것이다. 태양은 온 세상을 고루 비추어 밝혀 줄 뿐만 아니라, 지구상의 모든 생명체가 살아가는 데 필요한 에너지의 근원이 된다. 지구에 사는 모든 생명체들은 태양의 신세를 톡톡히 지고 있는 셈이다.

태양처럼 스스로 빛을 내는 것을 광원이라고 한다. 빛은 광원에서 오는데, 태양뿐만 아니라 반딧불이나 전등 같은 것도 광원에 속한다. 그러나 광원 중에 으뜸은 역시 태양이다. 지구의 생명 줄과 다름없는 태양은 도대체 그 많은 빛을 어떻게 만들어 낼까?

태양은 약 70%의 수소와 30%의 헬륨으로 구성되어 있으며, 바로 태양을 구성하고 있는 수소가 빛을 만드는 원료이다. 수소 네 개가 만나면 헬륨으로 변하는데, 수소 네 개의 질량은 헬륨 한 개의 질량보다 약간 크기 때문에 그 과정에서 남은 질량이 빛 에너지로 바뀌는 것이다. 이 중에서 지구에 도달하는 에너지는 태양이 방출하는 에너지의 20억만 분의 1밖에 안 되지만, 지구상의 모든 생명체가 살아가는 데는 충분한 에너지의 근원이 된다.

빛은 무엇일까? 좁은 의미에서 우리가 유일하게 볼 수 있는 빛인 약 400nm에서 700nm 사이의 파장을 가지고 있는 가시광선을 가리켜서 빛이라고 한다. 태양에서 오는 빛 가운데 우리가 눈으로 볼 수 있는 것은 가시광선뿐이다. 햇빛은 실제로는 여러 빛이 합쳐진 것이다. 햇빛을 프리즘에 통과시키면 ‘빨주노초파남보’의 일곱 가지 빛깔로 나뉘는데, 이렇게 사람 눈에 보이는 빛을 가시광선이라고 한다.

이 세상에는 눈에 보이는 빛보다 눈에 보이지 않는 빛들이 훨씬 더 많다. 즉 가시광선외에도 다양한 파장의 빛이 존재하지만, 모두 같은 크기의 속도로 움직이는 공통점이 있다. 이 빛들은 모두 진공에서 초당 약 30만㎞를 움직이며, 이는 1초에 지구 둘레의 일곱 바퀴 반을 돌며, 1억 5,000만㎞ 떨어진 태양에서 지구까지 8분 20초 정도면 도달하는 속도다. 음속 보다는 약 80만배 정도가 빠르다. 빛이 1년 동안 쉬지않고 이동한다면, 약 9조 4,540억㎞의 거리를 이동할 수 있는데, 우리는 이 거리를 우리는 ‘1광년(Light year)’이라고 한다.

한동안 과학계에서는 빛이 파동인가 혹은 입자인가로 논쟁을 벌였다. 빛의 성질을 자세히 알게된 것은, 19세기 이후의 일로 이론물리학과 천체물리학의 역사와 함께한다. 빛은 파동성 및 입자성 모두를 갖고 있는 것으로 규명되었는데, 이것을 빛의 이중성이라 한다. 빛을 공간에 전파되는 파동성으로 볼 때는, ‘전자기 복사선(전자기파, 전자파)’이라고 하고, 흡수나 방출 과정에서 주로 나타나는 입자성으로 볼 때는, ‘광자(Photon)’라고 한다.

인류에게 빛에 대한 연구가 중요한 이유는, 우리가 모든 자연현상과 우주를 관찰하고 정보를 얻을 때 유일한 정보가 빛이기 때문이다. 이러한 빛에 관한 연구는 물리학의 발전과 역사를 같이 해왔다. 뉴턴의 고전물리학이 아인슈타인의 양자물리학으로 넘어가는 과정은 바로 빛의 연구로부터 시작되었기 때문이다. 이러한 연구로 빛의 변하지 않는 고유한 특성들을 발견했는데, 바로 직진, 반사, 굴절, 분산, 합성, 산란, 간섭, 회절 그리고 편광 등이다.

그럼 우리가 사물을 본다는 것은 무엇을 의미하는 걸까? 사물을 본다는 것을 좀 더 과학적으로 따져 보면, 물체가 어느 위치에서, 어떤 모양으로, 어떤 색을 띠고 있는가에 대한 정보를 끊임없이 얻는 과정을 말한다. 그렇다면, 우리가 물체를 보기 위해 필요한 것은 무엇일까? 일단, 볼 수 있는 대상인 물체, 감각을 받아들일 수 있는 눈과 물체 사이를 이어주는 빛이다.

우리는 우주를 바라보면서 통상 세가지 빛을 본다. 그 중 햇빛은 태양계 행성에 존재하는 모든 생명체의 근원이다. 달빛은 우리의 감성을 자극하는 심볼이다. 별빛은 우주에 대한 동경과 꿈의 지향점이다.

인류의 원시종교는 해와 달과 별을 믿음의 근원으로 삼았다. 태양신을 믿고, 음력을 만들어 농사를 지으며, 점성술을 발전시켰다. 화가들은 빛에 반사되는 모든 자연과 물체를 그림의 대상으로 삼았다. 특히 인상파 화가들은 시시각각 변하는 빛과 그림자를 그림의 소재로 즐겨 다루었다. 달빛은 시인과 음악가들의 감성을 자극하여, 베토벤의 월광곡 등 수많은 명곡을 탄생시켰다. 별빛은 연인들의 사랑과 꿈을 불태우며, 기계문명이 발전하기 이전에는 나침판의 역할을 톡톡히 하였다.

인간은 불과 전기를 활용하면서 스스로 빛을 만드는 신이 되었고, 어둠과 두려움을 극복하게 되었다. 이제는 원자력을 넘어서서 인공태양을 만드는 기술도 개발되고 있다. 우리가 앞으로 태양계를 떠나 심우주로 여행을 하기 위해서는 빛을 에너지원으로 활용하는 효율적인 방안이 더욱 발전되어야 할 것이다.

이러한 빛의 고마움을 담아 ‘우주의 빛223001’ 그림을 그리고, ‘생명의 빛이시여!’란 시를 썼다.

희망 그득 담은 찬란한 아침햇살로 
우주만물의 생명을 움트게 하고
서녁하늘에 저녁놀 꽃빛으로 
화려한 노을판을 그리시는 햇빛이시여

하이네의 숨은 감성을 숨쉬게 하고
고흐의  어두운 마음을 번쩍 뜨게 하며
베토벤의 먹은 귀를 밝히어
예술의 꽃을 피우는 달빛이시여

우주의 영혼의 문을 활짝 열고
연인들의 가슴 가슴에 혼불을 지펴
미리내에 사랑이 넘실대게 하는
동경과 꿈의 별빛이시여

우주만물의 아버지인 빛이시여
온 생명의 어머니인 빛이시여!