2-5,빛에 관한 집요한 탐구,'광학'

Plato Won 作

뉴턴은 수학 분야에서 미적분, 물리학 분야에서는

세 가지 운동 법칙과 만유인력의 법칙, 마지막으로

‘광학’이라는 커다란 학문적 업적을 이루어 냈다.

망원경과 현미경이 본격적으로 발명되기 시작한

17세기, 광학은 과학자들의 호기심을 자극하는

분야였다.

각종 렌즈와 광학기구들은 이전에는 볼 수 없었던

새로운 세계를 관찰할 수 있는 계기가 되었다.

뉴턴이 광학에 관심을 가진 배경에는 당시 영국 왕립

협회 실험 감독관으로, 선배 과학자이자 뉴턴이 가장

싫어했던 인물인 로버트 훅의 영향이 컸다.

로버트 훅은 당시 현미경을 개량하여 지금의 광학

현미경과 비교해도 손색이 없을 정도로 정교한

현미경을 만들었다.

갈릴레오와 로버트 훅보다 더 정교한 망원경을

제작하고 싶었던 뉴턴은 유리로 된 삼각기둥인

프리즘을 이용해 다양한 빛 실험을 진행하기

시작한다.

사실, 뉴턴 이전의 과학자들은 빛에 색깔이 없다고

여겼다. 아리스토텔레스는 색을 물체의 고유한 성질이라 여겨 빛이 순수한 무광색이라고 주장했다.

반면 데카르트는 아리스토텔레스의 생각에 의문을

가지고 이미 오래전 프리즘을 이용해 광학 실험을

수행했다. 그 과정에서 불규칙적으로 산란된 색의

무늬들을 관찰하는데, 그것이 무엇인지는 정확히

알지 못한 채 실험을 마감했다.

1666년, 뉴턴은 이 실험들을 다시 종합해서

자신만의 프리즘 실험을 시작한다.

그는 먼저 어두운 방에서 한 줄기 빛만 들어오는

환경을 만들고 그 앞에 유리 프리즘을 설치했다.

과연 프리즘을 통과한 빛은 어떤 모양으로

나타날까?

뉴턴은 빛이 둥그렇게 번져서 보일 것이라고

예상했는데, 그 예상은 완전히 빗나갔다.

놀랍게도 빛은 길쭉한 띠 모양의 색 스펙트럼으로

나타났다. 또한 각각의 색은 서로 섞이지 않은 채

고유한 굴절률과 일정한 순서까지 가지고 있었다.

이렇게 빛이 고유한 색의 스펙트럼을 나타내는 실험

결과는 기존의 이론을 정면으로 반박하는 것이었다.

뉴턴은 빛이 하나의 광선이 아니라 여러 가지 색이

혼합된 광선이라는 것, 또 프리즘이 어떤 작용을 해서 색을 창조하는 것이 아니라 서로 다른 굴절률에 따라

색을 분류할 뿐이라는 것, 결국 색은 빛 자체가 가진

고유한 속성이라는 것을 발견해낸다.

뉴턴의 프리즘 실험은 1672년 왕립학회 회원들이

보는 앞에서 처음 시연되었다. 뉴턴이 빛과 색 이론을 발표하자 회원들은 엄청난 찬사를 쏟아냈다.

하지만 반론도 있었다. 당시 선배 과학자였던 로버트

훅은 빛을 입자로 본 뉴턴의 반대 입장에 서서 비판을 서슴지 않았다. 빛을 파동으로 생각했던 로버트 훅은

끝끝내 뉴턴의 실험을 인정하지 않았다.

뉴턴의 위대한 발견 '광학'을 통해서 인류는 그동안

색이 빛과 어둠의 혼합으로 알았던 오류에서 벗어나

빛의 굴절에 의해 고유한 색을 가진다는 사실을 알게

되었다.

그러나 뉴턴은 광학 연구의 가장 큰 조력자이자

경쟁자였던 로버트 훅이 사망하고 나서야 1702년

『광학』을 발간한다.

『광학』은 어려운 라틴어가 아닌 비교적 쉬운 영어로

집필되었으며, 철저하게 실험을 바탕으로 서술된

책이다.

『광학』에서는 많은 부분 실제 연구하고 관찰한

내용이 등장하며, 그 결과나 이유가 정밀한 묘사로

표현되었다. 그리고 결론과 응용이 뒤따랐다.

앞선 과학자들의 업적을 종합하고 발전시켜 새로운

이론을 창조하는 뉴턴의 솜씨는 이 책에서도

유감없이 발휘된다.

결국 『광학』은 뉴턴이 빛에 대해 얼마나 매력을

느꼈는지 생생하게 전해주는 책이다.

후대에 뉴턴만큼 빛에 대한 몰입을 보여주는

과학자는 아인슈타인이 유일할 것이다.

뉴턴의 빛을 향한 집요한 탐구는 우리의 이해를

근본적으로 바꾸어 놓았다. 『프린키피아』와는

또 다른 형태의 대작 『광학』은 그를 역사상 가장

영향력 있는 과학자 중 한 사람으로 만들었다고

해도 과언이 아닐 것이다.

"자연과 자연의 법칙은 어둠에 숨겨처 있었다.

하나님께서 '뉴턴이 있으라' 말씀하시니 모든 것이

밝아졌다."

85세로 생을 마감한 뉴턴에게

당대 최고의 시인이라 칭송받던 알렉산더 포프가

뉴턴의 묘비명에 헌사한 글이다.

"Nature and nature's laws lay hid in night.

God said 'Let Newton be" and all was light"

인류는 뉴턴을 통해 인식의 빛도 얻었고,

실제 빛의 성질도 알 수 있게 되었다.

Plato Won