빛이 매혹이 될 때-빛의 물리학은 어떻게 예술과 우리의 세계를 확장시켰나-

“과학적, 미적, 시적인 영감을 동시에 경험하는 책!”

《수학이 필요한 순간》 김민형 교수 강력 추천

뉴턴과 모네는 왜 빛에 매혹되었을까?

뉴턴의 색채 혁명에서 양자역학, 인상주의에서 하이퍼리얼리즘까지 빛을 탐구한 물리학자와 미술가들을 따라가는 여섯 번의 여정

수학자 김민형 교수, 물리학자 박규환 교수, 《조선일보》 곽아람 기자 추천!

물리학과 미술 '빛'으로 만나다

우리 일상을 가득 채우고 있는 경이롭고 매혹적인 빛!

빛은 우리가 삶과 자연에서 경이로움을 느끼는 무수한 순간들마다 언제나 함께한다. 마음을 설레게 하는 새파란 가을 하늘과 시시각각 표정을 바꾸는 노을, 비 온 뒤 물안개 사이로 떠오르는 무지개… 우리는 빛이 부리는 마법을 통해 세상을 바라보고 인식한다. 이러한 빛의 존재를 밝혀내고자 오랜 시간 집요한 탐구와 해석을 시도했던 이들이 바로 과학자와 예술가들이다. 《빛이 매혹이 될 때》는 물리학과 예술의 영역을 넘나들며 빛과 본다는 것의 의미를 탐구한다. 한국과학기술연구원(KIST) 소속 광학 연구자이자 ‘그림 그리는 물리학자’인 서민아 교수는 빛을 연구해온 과학자들의 놀라운 발견들과 빛의 아름다움을 재현하고자 했던 미술가들의 작품을 찾아보며, 빛의 본질을 이해하고 ‘빛의 물리학’이 어떻게 예술과 우리의 세계를 확장시켰는지를 살펴본다.

빛의 본질에 더욱 깊숙이 다가가기 위한 이 특별한 여정에는 흥미로운 이야기가 가득하다. 프리즘을 통해 분광에 성공한 뉴턴이 만든 최초의 색상환을 괴테가 심리적 해석을 더해 확장시켰을 때, 형태에 비해 부수적 존재였던 색채는 감정을 드러내는 낭만주의 예술의 중요 도구로 부상했다(44쪽). 또 아인슈타인이 빛의 속도는 언제나 같다는 사실에서 시간과 공간의 상대성을 밝히자, 예술가들의 뛰어난 상상력은 여러 시점이 중첩되어 있는 피카소의 〈아비뇽의 처녀들〉이나 살바도르 달리의 〈기억의 지속〉과 같은 작품들을 탄생시켰다(258쪽). 그 밖에도 양자역학으로부터 직접적 영감을 받아 작품으로 표현한 앤서니 곰리, 빛마저 흡수하는 블랙홀의 검정을 재현한 아니쉬 카푸어 같은 동시대 화가들도 만나볼 수 있다.

“과학이 세상의 이치와 진리를 탐구하는 영역이라면 미술은 그 진리를 향하는 방향에서 일어나는 현상을 모든 감각을 동원하여 표현하는 영역이다. 과학과 예술은 서로에게 영감의 원천이며 서로의 발전을 응원하는 동반자이기도 하다.”(223쪽)

반사되거나 반짝이는, 빛에 관한 모든 것!

세상을 더 아름답게 보기 위한 빛과 그림의 물리학 수업

빛을 이해한다는 것은 현대물리학을 배우는 일인 동시에 우리를 둘러싼 세계를 이해하는 일이다. 과학의 눈으로 보면 한강 물결의 윤슬은 직진하던 빛이 강물을 만나 ‘반사되는’ 것이지만, 예술의 눈으로 보면 반사된 빛이 아름다운 색으로 ‘반짝이는’ 것이다. 이 책은 과학과 예술의 분야에서 빛의 본질을 탐구하는 과정에서 던졌던 질문들을 여섯 가지로 추려내고, 그 답을 찾는 여정으로 구성되어 있다. 1장에서는 우리 눈이 빛에 의해 사물을 지각하고 인식하는 과정을 통해 ‘본다는 것은 무엇인가’의 의미를 탐구하고, 2장에서는 ‘보이지 않는 것은 존재하지 않는가’라는 질문을 던지며 눈에 보이는 가시광선 외 다양한 파장을 지닌 빛의 정체를 밝혀낸 과정과 보이지 않는 본질을 담아내기 위한 예술가들의 시도에 주목한다. 3장 ‘빛은 어떻게 움직이는가’는 직진, 투과, 반사, 회절되는 빛의 다채로운 성질들을 살펴보며 이를 적극적으로 이용한 과학과 예술에 대해 이야기하고 있다. 4장 ‘세상은 무엇으로 이루어졌는가’와 5장 ‘무엇이 미래를 결정하는가’는 이 세상을 이루고 있는 원자에서 출발해 양자역학이 탄생하기까지의 과정과, 그 촉매제가 되었던 ‘입자와 파동’ 논쟁에 대해서 다룬다. 마지막 6장 ‘빛은 시간의 흔적일까’에서는 빛과 시간의 상대성에 대해 다루며 이를 담아낸 예술작품과 함께 레이저, 홀로그램 등 인간이 만든 빛을 만날 수 있다.

독자들은 각 질문들의 답을 찾아가는 과정 속에서 광학에서 양자역학, 상대성이론에 이르기까지 물리학의 주요 이론들을 시각적으로 쉽게 이해할 수 있을 뿐 아니라 과학과 예술, 미시세계와 우주를 종횡무진하며 사고의 확장을 경험하게 된다. 빛을 탐구하는 이 흥미진진한 여정을 통해 독자들은 세상을 더 선명하고 아름답게 바라보게 될 것이다.

“과학자든 미술가든 자연에서 주어지는 빛에만 만족하며 머무르지 않는다. 빛을 좇으며 빛을 이용하고 한편으로 빛을 만들어낸다.”(114쪽)

그림 그리는 물리학자가 들려주는 빛 이야기

“본질을 부드럽게 꿰뚫어보는” 여성 물리학자의 시선

서민아 교수는 실험실에서 빛을 연구하는 물리학자이자 실험실 밖에서는 직접 그림을 그리는 ‘일요일의 화가’이기도 하다. 연구를 위해 네덜란드 델프트를 비롯한 유럽 곳곳을 오가며 렘브란트, 페르메이르, 고흐 등 ‘빛의 화가들’에 매료되었고, ‘매혹의 땅’ 뉴멕시코주의 강렬한 태양빛이 내리쬐는 사막과 협곡을 누비며 빛의 이야기를 쓰기로 마음먹었다. 실험물리학자로서 집요하게 질문하고 탐구하는 일을 멈추지 않을 것이라고 말하는 저자는, 물리학자의 눈과 화가의 마음으로 빛 이야기를 하나하나 풀어놓는다. 그의 주요 연구 주제이자 부드러운 투과력을 지녀 ‘꿈의 주파수’로 불리는 ‘테라헤르츠파’처럼, 서민아 교수는 본질을 꿰뚫어보는 섬세한 시선과 통찰력으로 독자들을 빛의 세계로 안내한다.

“알면 보이고 보이면 사랑하게 된다’라는 말처럼 빛에 대해 우리가 알아갈수록, 지나쳤던 자연의 어떤 모습도 전혀 새로운 경이로움으로 다가올 수 있겠지요.”(269쪽, 에필로그 중에서) 

빛을 연구하는 물리학자. 이화여자대학교 물리학과를 졸업하고 서울대학교 물리천문학부에서 ‘빛과 물질의 상호작용’에 관한 연구로 박사학위를 받은 후, 미국 뉴멕시코주로 건너가 로스앨러모스연구소에서 연구원을 지냈다. 현재 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원으로 테라헤르츠광학과 나노과학을 연구하는 한편, 고려대학교 융합대학원 교수로 재직하며 색채학, 분광학 등 광학 이론을 중심으로 강의하고 있다. 국제 저널 《커뮤니케이션스 피직스》와 《옵틱스 레터스》 편집위원으로도 활동 중이다.
물리학자의 길로 들어서기 전 화가를 꿈꾸었던 그는 평일에는 실험실에서 빛을 연구하고 휴일이면 붓을 드는 ‘일요일의 화가’이다. 과학자와 예술가의 협업으로 진행되는 전시 프로젝트 ‘아티스트 뷰 오브 사이언스(AVS)’에도 해마다 참여하고 있다. 실험물리학자로서 시각화 작업 또한 미술과 맞닿아 있다고 믿는 그에게 물리학과 미술은 긴밀하게 영향을 주고받으며 발전의 궤를 같이해온 ‘데칼코마니’ 같은 존재다. 이 책에서 저자는 전통 회화 기법을 벗어나 미술계의 흐름을 바꾼 인상주의자들의 등장과 기존 이론에 반박과 증명을 거듭하며 눈부신 발전을 이룬 현대물리학의 기폭제가 모두 ‘빛’이었다는 사실에 주목하며, 과학에서의 빛과 미술에서의 빛을 함께 탐구해나간다.
지은 책으로 2020년 한국과학창의재단 우수과학도서 및 세종도서로 선정된 《미술관에 간 물리학자》가 있으며, 연구와 강의, 글쓰기를 통해 과학과 예술을 잇는 가교 역할을 하고자 힘쓰고 있다.  

추천의 글
프롤로그_빛을 탐구하는 두 시선이 맞닿는 곳에서

1장 본다는 것은 무엇인가
우리는 눈을 통해서 물체에 반사된 빛을 본다. 그리고 눈으로 들어온 자극은 신경을 통해 대뇌로 전달되어 물체를 인식한다. 그렇다면 ‘본다는 것’은 지각의 영역일까, 인식의 영역일까? 빛을 분석한 과학자들과 이 빛을 재현한 미술가들의 집요한 탐구의 과정과 결과를 살펴본다.
눈이라는 작은 우주에서 벌어지는 일 | 펜로즈의 계단이 예술가들에게 준 영감 | 흰 고양이의 그림자는 파란색? | 뉴턴이 일곱 가지 무지개색을 찾아내기까지 | 파랑은 멜랑콜리, 감정을 전하는 색채 | 빛을 분석한 과학자들, 빛을 재현한 화가들 | 어둠이 있어야 밝음이 더욱 빛난다 | 쇠라와 고흐가 열어준 새로운 미적 경험의 세계

2장 보이지 않는 것은 존재하지 않는가
빛은 전자기파이다. 눈으로 볼 수 있는 가시광선 외에도 적외선, 엑스선, 전파 등 다양한 특성을 지닌 여러 종류의 빛이 우리의 주변을 가득 채우고 있다. ‘눈에 보이지 않는 빛’을 밝혀낸 과학자들과 ‘눈에 보이지 않는 본질’을 담아내기 위한 미술가들의 끈질긴 노력과 시도를 들여다본다.
볼 수 없지만 존재하는 빛을 발견하다 | 꿀벌이 꽃잎의 무늬를 보는 이유 | 적외선으로 되살린 페르메이르의 밑그림 | 엑스선, 빛의 혁명이 시작되다 | 빛의 성질을 모두 이용한 세기의 발명품 | 테라헤르츠파가 보여주는 그림의 생애 | 세잔이 사과를 그리면서 탐구한 것 | 〈게르니카〉에서 꿰뚫어본 삶의 본질

3장 빛은 어떻게 움직이는가
빛은 언제나 직진한다. 물질을 만나면 반사되거나 투과하거나 흡수되기도 하고, 모서리를 만나 돌아가기도 한다. 과학자들은 이러한 빛의 성질을 이해하기 위해 관찰과 실험을 반복했고, 미술가들은 빛의 도구를 다채롭게 이용하며 창조적인 표현과 기법을 통해 새로운 사조를 만들어냈다.
빛은 언제나 지름길로 달린다 | 에스허르의 가상현실, 거울 속 작은 우주 | 빛의 간섭이 만들어내는 무지개색 | 낙타가 바늘구멍에 들어가게 하려면 | 신이 만든 빛, 인간이 만든 메타물질 | 빛의 도구로 그린 그림 | 카라바조의 반전, 또 반전 | 과학과 예술의 경계를 허무는 빛

4장 세상은 무엇으로 이루어졌는가
이 세상은 ‘물질의 최소 단위’인 원자로 이루어져 있다. 원자의 세계를 설명하면서 등장한 양자역학은 기존의 패러다임을 어떻게 바꿔놓았을까? 또 같은 시기에 기본적인 조형적 요소를 찾아냄으로써 사물과 자연의 본질에 다가가려 한 미술계의 변화를 따라가본다.
“모든 것은 원자로 이루어져 있다” | 보어의 원자모형과 불연속적 선스펙트럼 | 전자가 존재할 확률, 전자구름 모형 | 태양광 스펙트럼을 분석하면 알 수 있는 것 | 현미경으로 미시세계를 탐험하다 | 양자화된 세계에서 펼쳐지는 빛의 향연 | 세상에서 가장 귀한 파란색 | 체셔 고양이의 웃음과 형태의 본질 | 호안 미로의 거대한 파랑과 원초적 자연

5장 무엇이 미래를 결정하는가
빛은 파동일까 입자일까? 이 질문을 둘러싼 수 세기에 걸친 과학자들의 논쟁은 고전역학에서의 결정론과 인과율을 부정하고 모호하기 그지없는 불확정성과 이중성을 내놓았다. 미술가들 또한 무한한 상상력으로 하나의 정답이 존재하지 않는 새로운 개념의 예술 세계를 펼쳐 보인다.
입자와 파동, 빛의 성질에 대한 끝없는 논쟁 | 빛의 이중성에 합의하다 | 측정하는 순간 측정값은 변한다 | 슈뢰딩거 고양이의 중첩과 역설 | 양자역학의 세계에서 미래는 어떻게 결정되는가 | 관찰자에 의해 완성되는 예술, 레디메이드 | 양자 세계를 시각화한 미술가들

6장 빛은 시간의 흔적일까
빛의 속도는 언제나 같다’는 사실에서 출발해, 시간과 공간이 절대적이지 않다는 점을 밝혀낸 것이 상대성이론이다. 이를 통해 빛을 활용하는 새로운 영역을 개척한 과학자들과 시공간의 상대성을 그들만의 방식으로 시각화한 미술가들의 놀라운 상상력을 만나본다.
언제나 일정한 빛의 속도 | 나의 시간은 너의 시간과 다르게 흐른다 | 보이지 않지만 실재하는 블랙홀의 검정 | 빛의 이론이 응축된 레이저 기술 | 찰나의 순간에 극강의 에너지를 만들다 | 빛이 재현한 기억, 홀로그램 | 시간의 흐름을 붙잡고자 한 미술가들

에필로그_빛을 따라가는 긴 여정을 마치며
그림 목록
참고 문헌