궁금했어 빛

생명의 원천이자,

인류 문명과 과학 발전의 주춧돌인

빛의 모든 것!

달은 광원일까, 반사체일까?

거울 속의 나는 왜 좌우가 바뀔까?

자외선과 적외선은 어떻게 다를까?

빛은 입자일까, 파동일까?

상대성 이론과 빛은 어떤 관계가 있을까?

빛을 연구하며 탄생한 인류 문명

사람들은 태양빛을 누리고, 태양빛에서 비롯된 것들을 먹고 입으며 살아왔어요. 빛은 모든 생명의 원천이지요. 그래서 세계 여러 나라의 신화에서 태양을 최고의 신으로 숭배했어요. 그러면서도 빛이 무엇인지 그 본질을 이해하려고 오래전부터 노력해 왔어요. 밤하늘의 별을 연구했고, 이를 위해 망원경도 만들었을 뿐 아니라 빛의 속도를 계산했고, 빛이 가진 다양한 색을 연구하면서 가시광선과 자외선의 차이도 이해하게 되었어요. 그 결과 우리는 빛을 이용해 문명을 발전시키고 엄청난 과학 기술을 가질 수 있게 되었지요. 우리가 손에서 내려놓기 힘든 스마트폰이 빛에서 시작했다면 이해가 될까요? 스마트폰을 작동시키는 전기, 선명한 그림을 보여 주는 디스플레이가 모두 빛의 연구에서 시작되었어요.

《궁금했어, 빛》은 에스파냐의 알타미라 동굴 벽화 이야기를 시작으로, 광원과 반사체의 의미, 거울의 원리, 빛의 직진성뿐 아니라 광속, 빛의 이중성, 파장, 나아가 상대성 이론까지 두루 살펴보는 책이에요.

빛을 그저 어둠을 밝히는 존재 정도로만 알고 있었다면, 이 책을 통해 빛이 가진 놀랍고 신비한 힘을 발견해 보세요. 어쩌면 빛에 대해 더 궁금해질지도 몰라요. 우리가 빛에 대해 알고 있는 것은 아직 일부분에 불과해요. 밝혀내야 할 것이 아직 많지요. 빛과 과학에 궁금증이 많은 10대들의 도전을 기다립니다!

신비하고 놀라운 빛의 원리

우리가 눈으로 어떻게 보는 것인지 처음으로 생각한 사람은 그리스의 철학자들이에요. 그들은 ‘눈에서 나온 빛이 물체에 닿아서’라고 생각하기도 했고, ‘물체에서 나온 빛이 눈에 닿았기 때문’이라고 생각하기도 했지요. 오랜 연구와 지식이 쌓인 지금, 우리는 이제 물체를 눈으로 보는 원리를 알아요. 우리가 물체에서 나온 빛을 ‘눈’으로 받아들이면, 눈에서 그것을 전기 신호로 바꾸어 뇌로 전달하고, 뇌에서 이것을 분석해 모양과 크기, 색을 판단하면서 물체를 볼 수 있는 거예요.

물체 중에서 횃불이나 형광등, 모닥불처럼 스스로 빛을 내는 것을 ‘광원’이라고 해요. 하지만 밤하늘에 빛나는 달은 스스로 빛을 내지 못하고 태양 빛을 반사하는 반사체예요.

빛이 가진 성질 중 ‘빛의 직진성’을 알면 피라미드의 높이도 잴 수 있어요. 탈레스는 이 원리를 이용해 피라미드의 길이를 쟀다고 해요.

빛의 속도를 알아낸 과학자는 미국의 과학자 앨버트 마이컬슨이에요. 그는 윌슨산과 샌안토니오산 사이를 왕복하는 빛으로 광속을 측정했어요. 광속은 초속 299,792km지요. 초속 20만 km로 달리는 기차에서 초속 15만 km의 속도로 공을 던진다면 공의 속도가 초속 35만 km가 될까요? 광속처럼 빠른 속도에서는 속도를 더한다고 해서 광속보다 빨라지지는 않아요. 이러한 사실을 증명한 것은 아인슈타인의 ‘상대성 이론’이에요.

사람들은 빛이 입자인지 파동인지도 궁금했어요. 빛이 파동이라고 생각한 대표적인 인물은 수학자 데카르트였어요. 그는 음파와 같은 방식으로 빛이 퍼져 나간다고 생각했죠. 그러나 아인슈타인은 빛이 파동이라면 설명할 수 없는 사실이 있다는 것을 발견하고, 빛이 입자라는 사실을 밝혔어요. 그 후 프랑스의 물리학자 드브로이는 마침내 빛이 파동이면서 동시에 입자라고 결론 내렸어요. 이를 ‘빛의 이중성’이라고 하고, 이를 바탕으로 만들어진 물리학이 ‘양자 역학’이에요.

이처럼 빛과 관련해 이야기할 것들이 무궁무진해요. 우리가 깨어 있는 동안 보는 세상, 쉽게 사용하는 도구와 기계 들이 빛과 관련되어 있답니다. 이 책을 통해 청소년들이 빛의 과학에 대한 궁금증을 조금씩 풀어 나갈 수 있기를 바랍니다.

지은이 : 정창훈

서울대학교에서 천문학을 공부했습니다. 오랫동안 과학 잡지를 만들었으며, 어린이를 위한 과학책을 기획하고 쓰고 우리말로 옮깁니다. 쓴 책으로 《궁금했어, 에너지》 《달은 어디에 떠 있나?》 《지구 말고 다른 데 살아 볼까?》 《생명의 별 태양》 《로켓을 타고 우주로》 《태양계 여행 안내서》 등이 있습니다.

그린이 : 백두리 

홍익대학교에서 시각디자인을 공부했습니다. 그린 책으로 《생각이 많은 10대를 위한 토론 수업》 《까칠한 아이》 《데굴데굴 콩콩콩》 《햇빛초 대나무 숲에 새 글이 올라왔습니다》 《먹고 보니 과학이네?》 《어느 외계인의 인류학 보고서》 《미래가 온다, 플라스틱》 등이 있으며, 쓰고 그린 책으로 《솔직함의 적정선》 《그리고 먹고살려고요》 등이 있습니다.

1장 스스로 빛을 내는 광원, 빛을 반사하는 반사체

세상 모든 것을 보여 주는 빛

암흑 동굴로 들여온 빛

에너지를 가지고 스스로 빛을 내는 광원

달은 광원일까, 반사체일까?

2장 빛의 반사와 여러 가지 거울

그림자로 피라미드의 높이를 잰 탈레스

흥미로운 거울 이야기

거울 속 나는 왜 좌우가 바뀔까?

달이 밝게 빛나는 이유

오목 거울과 볼록 거울

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3장 빛의 굴절과 여러 가지 광학 기기

빛은 언제나 직진할까?

빛을 모으는 볼록 렌즈, 빛을 퍼트리는 오목 렌즈

카메라의 원리와 비슷한 우리의 눈

먼 곳을 가깝게, 어두운 것을 밝게 보는 망원경

/ 궁금 pick / 별의 등급은 어떻게 나눌까?

4장 눈에 보이는 빛, 눈에 보이지 않는 빛

광속은 무한할까, 유한할까?

빛은 입자일까, 파동일까?

빛의 정체는 전자기파

전파는 눈에 보이지 않는 빛

파장과 진동수

열을 전달하는 전자기파

/ 궁금 pick / 도움도 주고 피해도 주는 빛, 자외선

5장 빛과 색의 혼합과 분리

프리즘이 만드는 빛의 무지개

눈이 빛을 보는 방법

빛으로 그린 그림, 스테인드글라스

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6장 상대성 이론과 양자 역학

색을 볼 수 있는 것은 지구에 있기 때문

밤하늘을 아름답게 만드는 빛

아인슈타인의 특수 상대성 이론

입자이기도 하고 파동이기도 한 빛의 이중성

빛은 현대 문명과 과학 발전의 주춧돌

/ 궁금 pick / 밤하늘의 네온사인, 오로라