렉처 사이언스 KAOS 3 빛

▣ 출판사서평

138억 년 전 우주의 별빛부터 최첨단 레이저까지
시간과 공간을 가로질러 새로운 세계의 문을 열다

지난 2015년은 이슬람의 과학자 이븐 알 하이삼(Ibn al-Hytham)이 ‘빛은 (눈에서가 아니라) 물체에서 나온다.’는 주장을 담은 『광학의 서(Opticae thesaurus)』를 펴 낸 지 1,000년, 프랑스 물리학자 오귀스탱 장 프레넬(Augustin-Jean Fresnel)이 빛이 파동임을 밝힌 지 200년, 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표한 지 꼭 100년이 되는 해였다. 카오스재단은 이를 기념해 빛을 주제로 ‘빛, 色즉時空’이라는 강연을 기획해 물리학자와 천문학자는 물론, 뇌과학자, 식물학자, 화학자, 미술사학자, 색채공학자, 전자공학자 등 다양한 분야의 전문가를 한자리에 불러 모았다.
‘빛은 입자이자 파동이다.’라는 빛의 이중성과 ‘빛의 속도는 초속 약 30만 킬로미터’라는 등식을 밝혀내고 인정하기까지 수백 년이 걸렸다. 그것은 시작이었다. 빛의 정체가 밝혀지면서 우리는 우주와 생명의 비밀에 더 가까이 다가갈 수 있었다. 렉처 사이언스 KAOS 『빛 Light』을 통해 우주의 역사, 시각 연구, 식물의 광반응, 망원경과 현미경의 발전, 감성 조명, 예술, 레이저와 메타 물질 등 빛 연구에서 확장되는 다양한 주제를 만나 볼 수 있다.
열 개 강의를 담고 있는 이 책은, 강연과 전문가들의 사이언스 토크(Science Talk), 강연자와 객석 사이의 QnA로 구성되어 있으며, 강연으로 보고 듣는 것만으로는 부족할 수 있는 부분들을 도판 자료들과 함께 내용을 정리했다. 다른 전문가들의 대화로 구성된 사이언스 토크는 인공 태양, 허무주의, 타임머신, 색채 독점권, 예술과 소비 사회, 진화, 미시세계, 노벨상, 투명 망토 등 독자에게 생각할거리를 던져 주며, 객석의 참여로 진행된 QnA는 평소 궁금해 했던 질문들을 전문가들이 직접 해소해 준다.

1강 ‘빛, 너의 정체는 무엇이냐(오세정)’에서는 빛의 물리적 특성을 살펴본다. ‘빛은 입자일까, 파동일까?’ 과학자들은 실험을 통한 오랜 논쟁 끝에 결국 빛의 이중성을 인정하게 된다. 빛 연구로부터 새로운 물리학이 탄생하기까지의 과정을 따라가 본다.
2강 ‘우리는 빛을 어떻게 인지할까(최철희)’에서는 빛이 우리 눈에 도달했을 때 어떤 일이 일어나는지에 대해 살펴본다. 우리 눈은 어떻게 빛과 색을 감지할까? 다른 동물들은 우리 눈과 어떻게 다를까? 빛과 색, 그리고 생존과 진화에 대해 함께 생각해 본다.
3강 ‘별빛이 우리에게 밝혀 준 것들(윤성철)’에서는 태양의 구성 성분과 별빛이 내는 에너지의 근원을 탐구하며 밝혀진 우주의 진화에 대해 알아본다. 우주의 진화에 생명의 탄생도 포함되는 것은 아닐까? 생명의 탄생과 외계 생명체의 가능성에 대해 함께 생각해 본다.
4강 ‘빛과 함께 하는 시간 여행(이명균)’에서는 더 멀리 있는 별빛을 찾으려는 망원경의 세계를 들여다본다. 더 멀리 있는 별빛을 관측하는 것은 더 먼 과거를 마주하는 것이다. ‘우주에서 가장 어두운 은하’를 발견한 이명균 교수 연구팀의 성과를 직접 듣는다.
5강 ‘빛, 색을 밝히다(석현정)’에서는 우리가 명암과 색채를 지각하는 방식과, 다른 조명 아래에서도 같은 색의 물체라는 것을 어떻게 인지하는지, 우리의 기억에 따라 색채가 어떻게 왜곡되는지 등과 함께 색채가 우리의 감성에 미치는 영향에 대해서도 살펴본다.
6강 ‘빛을 열망한 예술가들(전영백)’에서는 과학자가 아닌 예술가들은 빛을 어떻게 인식하고 표현했는지에 대해 알아봅니다. 예술가들의 작품을 통해 개인의 주체성의 등장과 변화 과정을 살펴볼 수 있다.
7강 ‘식물은 빛을 어떻게 볼까(최길주)’에서는 식물이 빛을 감지하는 방식에 대해 알아본다. 식물은 어떻게 다른 식물을 피해 빛을 찾아가는 걸까? 전혀 다른 방식으로 빛을 보는 식물의 ‘감각’에 대해 살펴보며, 본다는 것의 의미에 대해 생각해 보게 한다.
8강 ‘응답하라, 작은 것들의 세계여!(김성근)’에서는 한계를 극복하고 나날이 발전하고 있는 광학 현미경 기술에 대해 알아본다. 초고분해능 광학 현미경을 개발한 노벨 수상자들의 흥미로운 아이디어를 엿볼 수 있다.
9강 ‘멋진 세상을 만드는 빛(이용희)’에서는 레이저 빛의 탄생과 원리, 레이저가 우리 삶에 미치는 영향에 대해 알아본다. 레이저는 화려한 쇼뿐 아니라 반도체와 슈퍼컴퓨터, 철판 가공 등 산업 현장에서, 그리고 안과, 피부과 등 의료용으로 널리 쓰이고 있다.
10강 ‘자연에 없던 물질 만들기(이병호)’에서는 빛의 굴절률을 변화시키는 인공 물질인 메타 물질에 대해 살펴본다. 투명 망토와 홀로그램 등 메타 물질의 무궁무진한 가능성에 대한 미래 기술의 이야기를 듣는다.

과학을 통한 즐거운 소통,
최신의 과학 지식을 누구나 쉽고 즐겁게 나누는 현장
‘렉처 사이언스 KAOS’ 시리즈

렉처 사이언스 KAOS 시리즈는 과학을 쉽고 재미있게 전달하고자 기획된 카오스재단 강연을 바탕으로 출간되는 단행본 시리즈다. 다양한 사진과 그림으로 강연의 현장을 생생하게 담아내고, 강연에서 활발히 이루어졌던 질의응답을 활용해 궁금한 부분에서 즉시 질문할 수 있는 Q박스를 마련, 어려운 개념을 설명하는 설명 박스 등 양방향 소통의 편집으로 실제 강연에 참석하지 못했던 독자들에게도 최고 석학의 강연을 듣는 듯한 현장감을 부여했다. 『기원 the Origin』에 이어 『뇌 Brain』와 『빛 the Light』까지 최신 과학의 이슈를 하나하나 소장하는 기쁨을 느낄 수 있다.
과학은 세상에 도움을 줄 수 있고, 과학적 사고는 세상을 바꿔나갈 수 있다. 더 많은 사람들이 기초과학에 관한 다양한 지식을 함께 나눌 수 있기를, 이 책과 강연을 통해 과학적 동맹이 늘어나 대한민국에서 과학 애호가 10만 명이 성장할 수 있기를 기대해본다.

▣ 작가 소개

김성근(서울대학교 화학부 교수)
〈우주 소년 아톰〉 같은 만화와 청소년 잡지를 통해 공상을 즐기며 자랐다. 아폴로 우주선의 발사 장면이 머리에 뚜렷하게 각인되어 과학을 동경하게 되었다. 고등학교 때 정작 과학에는 별 재능이 없는 것을 깨달았으나, 음악 시간에 본 분자동력학 영화 덕분에 겨우 흥미를 유지하면서 대학 전공을 자연 계열로 정했다. 대학원에서는 연구가 잘 진행되지 않아서 남들보다 학위 취득에 거의 두 배나 시간이 걸렸다. 하지만 오히려 이 기간 동안 지도 교수 및 동료 학생들과 함께 넓은 범주의 현상과 과학에 대해 토론하고 즐기는 값진 경험을 쌓을 수 있었다. 수학?과학 다큐멘터리를 보는 것과 대중을 위해 강연하는 것을 좋아한다. 현재 서울대학교 자연과학대학 화학부 교수로 있으며, 동 대학교 자연대학장을 맡고 있다. 카오스재단 과학위원회 과학위원으로도 활동 중이다.

석현정(KAIST 산업디자인학과 교수)
1980~1990년대 한국의 공교육 시스템에 단 한 번의 의혹도 갖지 않고 매우 적극적으로 협조하며 성장했다. 고등학교 시절 미술과 과학 두 분야에 흥미와 재능이 있음을 발견하고, 두 분야를 모두 살릴 수... 있는 카이스트 산업디자인학과에 입학했다. 이후 독일 만하인 대학교에서 심리학 박사 학위를 취득해 감성생체공학 전문가의 길을 가고 있다. 학교 밖으로 나온 이후에 미생 시절을 호되게 겪은 덕분에 조금이나마 겸손과 긍정의 자세를 배우게 되었다. 그 과정에서 내 관심사와 깜냥을 진정성 있게 파악해 왔고, 그 결과 색에 대한 연구를 이어오고 있다. 학술지 『감성과학』 편집위원장으로 활동한 바 있으며, 현재 카이스트 산업디자인학과 교수, 한국색채학회 상임이사로 있다.

오세정(前 서울대학교 물리천문학부 교수)
미국 스탠퍼드 대학교 물리학과에서 전이 금속 화합물과 희토류 화합물의 물성을 광전자분광학으로 연구하여 박사 학위를 받았고, 미국 테록스 팔로 알토(Zerox Pal Alto) 연구소, 일본 도쿄 대학교, 미국 미시건대학교 등에서 방문 연구원/방문 교수를 역임했다. 이후 서울대학교 자연과학대학 물리천문학부 교수로 교육과 연구를 병행했다. 과학 교육과 과학 대중화에도 관심이 많이 주요 언론에 기고문을 작성하기도 했으며, 서울대학교 자연과학대 학장, 국가과학기술자문회의 위원, 한국연구재단 이사장, 기초과학연구원 초대 원장, 카오스 과학위원회 초대 원장 등으로 일하기도 했다. 2003년에는 한국과학문화재단에서 수여하는 닮고싶고되고싶은과학자상을 받았다. 일반 대중이 과학기술의 본질을 알아야 진정한 선진국이 된다는 생각에서 과학 대중화에 나서 활발하게 활동하고 있다. 현재는 제20대 국회의원으로 활동하고 있다.

윤성철(서울대학교 물리천문학부 교수)
초등학교 시절 바이킹 호가 화성에서 찍은 사진을 보고 우주를 동경하기 시작했다. 우주는 어떻게 탄생했을까, 저 우주에 외계인은 있을까 같은 질문에 사로잡혀 천문학을 공부해야겠다는 결심을 하기에 이른다. 석사 과정을 마친 후 잠시 방황하기도 했으나, 우연히 얻게 된 기회에 유럽 문화를 처음 접하며 현대 사회에서 천문학이 얼마나 중요한 가치를 갖는지 다시 생각하게 되었다. 네덜란드에서 항성 진화 이론으로 박사 학위를 받은 후, 초신성의 기원과 물질의 생성, 최초의 별 등을 탐구하고 있다. 네덜란드 암스테르담 대학교, 미국 산타크루즈 대학교, 독일 본 대학교의 연구원을 거쳐 현재 서울대학교 교수로 있다. 교양 과목 강의와 대학 밖에서 대중 강연을 하면서, 일반인들이 과학이라는 창을 통해 우리가 사는 세상을 바라보는 기회를 가질 수 있도록 돕고자 노력하고 있다.

이명균(서울대학교 물리천문학부 교수)
과거에는 우주에 대하여 잘 모르고 지냈으나, 현재는 우주를 연구하는 일이 우주에서 가장 재미있다고 생각하며 살고 있는 행복한 천문학자다. 축구공 같은 구상 성단을 이용하여 은하와 우주에 대한 다양한 연구를 하고 있으며, 발견의 즐거움을 만끽하고 있다. 고성능 망원경으로 하늘의 4분의 1을 관측한 자료를 분석해 처녀자리 은하단에 있는 구상 성단 지도를 최초로 완성했으며, 구상 성단 대부분이 우주에서 처음 태어난 천체라는 가능성에 대한 연구 성과를 얻기도 했다. 우주로부터 얻는 즐거움을 많은 사람과 나누고 싶은 꿈을 차근히 실현해 나가고 있다. 현재 서울대학교 물리천문학부 교수로 있다. 2012년 5월 교육과학기술부 산하 한국연구재단에서 이달의 과학기술자상을 받았으며, 지은 책으로 2000년 『허블 망원경으로 본 우주』(공저)가 있다.

이병호(서울대학교 전기정보공학부 교수)
서울대학교 전자공학과에서 학사 학위를 받았다. 당시 공과대학에서 성적이 가장 좋아 문교부장관상을 수상했다. 동 대학원에서 석사를 마치고, 미국 캘리포니아 버클리 대학에서 국비 유학으로 공부해 박사 학위를 받았다. 석사 과정에서 회로 설계를 공부했지만, 박사 과정에서 광학으로 전공 분야를 바꾸었다. 당시 회로 설계를 공부하면 연봉이 더 높은 직장이 많았기에 나름 과감한 선택이었다. 현재 서울대학교 전기정보공학부 교수로 근무하고 있으며, 2016년부터 환태평양 레이저 및 전자광학 학술회의의 운영위원회 위원장으로도 활동하고 있으며, 국제광학학회, 미국광학회, 국제 전기전자공학회에 석학회원으로도 소속해 있다. 연구 분야는 나노광학, 3D 디스플레이, 디지털 홀로그래피다. 지금까지 44명의 박사와 51명의 석사를 배출했으며, 그들이 학계와 산업계에서 나름대로 중요한 역할을 하고 있다는 것을 가장 자랑스럽게 생각한다. 2001년 과학기술부?한국과학기술한림원 젊은과학자상(공학 부문), 2009년 교육과학기술부?한국연구재단 2009년 이달의 과학기술자상, 2013년 서울대학교 학술연구상을 받았다.

이용희(KAIST 물리학과 교수)
물리학이 다른 학문보다 더 근본적인 원리를 다루고 있는 것 같다는 순진한 생각으로 물리학과에 입학했다. 붉은색과 녹색을 잘 구분하지 못하는 눈을 가지고 빛을 다루는 광학을 전공한 것은 지금 생각해도 신기하다. 20여 년 전에 손수 만든 수직 공진 표면광 레이저(vertical cavity surface-emitting laser, VCSEL)가 단거리 광통신용 광원으로 사용되는 것을 자랑스럽게 생각하며, 지금은 똑똑한 대학원생들의 도움을 받아 아주 작은 레이저를 만들고 있다. 자연이 허용하는 아주 작은 레이저를 만들려는 꿈을 향해 최선을 다하고 있다. 2013년 독일 알렉산더 폰 훔볼트 재단에서 훔볼트연구상, 2014년 IEEE 광학사회공학공로상, 2015년 대한민국최고과학기술인상을 받았다. 현재 카이스트 물리학과 특훈 교수로 있다.

전영백(홍익대학교 예술학과/미술사학과 교수)
어렸을 때부터 생활 기록부에 적어 내던 장래 희망은 언제나 ‘화가’였다. 학부에서는 사회학을 전공했지만 대학원에 미술사 전공이 있다는 것을 알게 된 후 바로 입학하여, 현재 28년째 미술사를 연구하고 있다. 미술에선 다양한 문화적 체험이 가장 중요해 영국에서 석사와 박사를 하면서 서양미술사를 공부했다. 박사 논문 주제로 폴 세잔을 탐구하며, 프랑스를 넘봤다. 불어는 서툴지만 파리를 넘나들고 있다. 한국과 영국, 거기에 프랑스를 올리면 좀 더 나은 사람이 되리라 믿기 때문이다. 스스로를 ‘여행자’로 여긴다. 서울에서는 ‘장기 체류’한다고 생각한다. 하루하루 풍부하게 느끼고 경험하는 것이 제일 잘사는 것이라고 믿는다. 미술사학연구회 회장을 역임한 바 있으며, 해외 학술지 『시각 문화 저널(Journal of Visual Cultrue)』 편집 위원으로 활동하고 있다. 현재 홍익대학교 예술학과(학부)/미술사학과(대학원) 교수 및 박물관장으로 재직 중이다.

최길주(KAIST 생명과학과 교수)
식물은 빛을 어떻게 인지하고, 빛을 통해 알아낸 주변 정보를 어떻게 사용할까? 이것은 내가 연구자로서 품고 있는 가장 큰 질문이다. 초등학교에 들어가기 전, 식물도 살아 있다는 것을 깨닫게 된 이후, 어린 마음에 눈, 코, 귀 그리고 입도 없는 식물이 어떻게 살 수 있는지 궁금했다. 그래서 어머니에게 식물은 눈이 안 달려 있는데 어떻게 주변을 보는지 물어본 적이 있었다. 어린 시절의 많은 질문이 그렇듯 이 질문을 잊은 채 고등학교와 대학교, 대학원을 마쳤다. 독립된 연구자가 되어서야 비로소 무엇이 알고 싶은지 스스로 되묻게 되었다. 마침 연구를 시작했던 곳이 식물학 연구소였고, 피토크롬이라는 식물 광수용체를 평생 연구해 오던 분과 같이 연구를 하게 되어 자연스럽게 유년의 기억 속에 숨어 있던 이 질문을 끄집어냈다. 한국분자생물학회에서 2008년 마크로젠 신진과학자상, 카이스트에서 2010년 공동연구상, 2012년 우수연구상, 미래창조과학부 2013년 지식창조대상을 받은 바 있다. 현재 카이스트 생명과학부 교수로 있다.

최철희(KAIST 바이오및뇌공학과 교수)
연세대학교 의과대학을 졸업하고 연세의료원 신촌 세브란스병원에서 인턴 및 신경과 전공의 과정을 이수했다. 이후 동 대학원에서 의학박사(미생물학 전공) 학위를 받았다. 미국 앨라배머 주립대학에서 박사 과정과 연구 강사, 이화여자대학교 대학원에서 분자생명과학부 교수를 거쳐, 현재 카이스트 바이오및뇌공학과 교수로 재직하면서 생체영상 연구센터와 세포신호 및 생체영상 연구실을 운영하고 있다. 암과 같은 질병의 발생 기전을 연구하며, 특히 암세포 세포 사멸 저항 기전 연구 분야에서 두각을 보이고 있다. 새로운 생체영상기법과 극초단파 레이저빔을 이용한 신경약물전달 신기술을 세계 최초로 개발했으며, 대한암학회 춘계학술대회 2011년 우수논문 학술상을 받은 바 있다. 지은 책으로 『빛의 공학』(공저), 『레드 바이오텍』 등이 있다. 펼처보기 닫기

기획 : 재단법인 카오스
우리는 과학이 세상에 도움을 줄 수 있고, 과학적 사고가 세상을 바꿀 수 있다고 믿습니다. 그렇기 때문에 더 많은 사람들과 기초과학에 관한 다양하고 깊이 있는 지식을 대중 강연, 콘서트, 출판 등을 통해 보다 쉽고 재미있게 나누고자 합니다.
카오스재단의 강연은 누구에게나 열려 있으며, 지난 강연은 재단 홈페이지와 네이버 TV캐스트를 통해 다시 볼 수 있습니다.
http://www.ikaos.org/
http://tvcast.naver.com/kaos

▣ 주요 목차

머리말 빛, 色즉時空 4

1강 빛, 너의 정체는 무엇이냐 - 오세정 18

빛의 정체를 둘러싼 논란, 입자 대(對) 파동 21
뉴턴 대 하위헌스 23
토머스 영의 이중 슬릿 실험 24
우리는 왜 일상생활에서
빛이 파동인 것을 못 느꼈을까 27
맥스웰 방정식과 전자기파 29
광전 효과와 콤프턴 효과 32
그래서 입자야 파동이야 35
새로운 물리학의 탄생 36

사이언스 토크 01 38
QnA 42

2강 우리는 빛을 어떻게 인지할까 - 최철희 44

물질과 빛이 만날 때 일어나는 일 47
에너지를 다른 형태로 바꾸다 49
그래서 투명 인간은
빛을 볼 수 있을까 50
지표면에 도달하는 빛 52
자외선의 응용 54
에너지가 높은 빛, 낮은 빛 56
빛이 눈에 들어왔을 때 일어나는 일 57
간상세포와 원추세포의 역할 59
다른 동물은 어떻게 볼까 60
본다는 것의 역할 65
사이언스 토크 02 70
QnA 74

3강 별빛이 우리에게 밝혀 준 것들 - 윤성철 76

천문학의 발달과 우주관의 변화 81
빛의 재발견 82
태양의 구성 성분 85
태양 에너지의 근원 87
핵융합, 현대판 연금술 90
진화하는 우주 93
별의 수명이 긴 이유 96
지구는 특별한 곳인가 98
외계 생명체를 찾아서 101

사이언스 토크 03 104
QnA 109

4강 빛과 함께 하는 시간 여행 - 이명균 110

어느 청년 과학자의 대담한 가설 114
망원경의 종류 116
야누스의 얼굴을 한 우주 121
과거로 떠나는 시간 여행 125
우주의 운명 134
한국 천문학의 미래 134

사이언스 토크 04 136
QnA 140

5강 빛, 색을 밝히다 - 석현정 142

빛이 있어야 색이 보인다 145
색채 지각의 원리 148
색채 항상성이 유지되는 이유 150
색깔 있는 빛으로 주변을 밝히다 153
감성을 일깨우는 빛 156
빛은 욕망을 자극한다 158
색채 연구의 토착화와 대중화 160

사이언스 토크 05 164
QnA 168

6강 빛을 열망한 예술가들 - 전영백 170

근대 주체의 형성 173
괴테의 색채론이 끼친 영향 175
사진의 발명과 미술의 진로 178
인상주의, 눈에 보이는 대로 179
현재성과 모더니티 185
자본주의 발달과 스펙터클 사회 186
모더니즘에 투영된 빛 188
빛과 포스트모더니즘 191

사이언스 토크 06 194
QnA 199

7강 식물은 빛을 어떻게 볼까 - 최길주 200

식물은 빛을 감지한다 203
식물이 빛을 보려고 하는 이유 205
식물이 보고 싶어 하는 빛 207
‘본다’는 것의 의미 209
식물의 광수용체 210
피토크로뮴이 빛을 인지하는 방법 212
식물은 피토크로뮴을 이용해
뭘 알고 싶어 할까 215

사이언스 토크 07 220
QnA 224

8강 응답하라, 작은 것들의 세계여! - 김성근 226

빛과 물질의 상호 작용 229
눈으로 본다는 것 232
이상한 나라, 미시 세계 233
거시 세계에서 미시 세계로 236
현미경의 과거와 현재 236
회절 한계에 도전하다 240
과학자의 자세 244

사이언스 토크 08 246
QnA 250

9강 멋진 세상을 만드는 빛 - 이용희 252

만들어진 빛 255
레이저 개발의 역사 257
레이저의 이론적 토대 260
레이저의 구조와 작동 원리 263
레이저의 활용 267
점점 더 작아지는 레이저 269
미래의 레이저 271

사이언스 토크 09 274
QnA 278

10강 자연에 없던 물질 만들기 - 이병호 280

빛의 성질 283
빛의 굴절과 전자기파 284
유전율과 투자율 286
메타 물질이란 288
자연에 없는 인공 물질 290
메타 물질을 이용한 미래 기술
- 투명 망토 293
메타 물질을 이용한 미래 기술
- 홀로그램 295
메타 물질의 미래 296

사이언스 토크 10 298
QnA 302