색의 기준이 되는 빛은 태양광 우리 인간의 시각은 태양광 아래에서 발달해 왔습니다. 그러므로 태양광은 인간에게 가장 자연스럽고 이상적인 빛이며, 태양은 우리가 보는 색의 기준이되는 광원입니다. 그러나 태양에서 지구로 오는 전자파는 지구의 대기에서 산란 또는 흡수 됩니다. 예를 들어 인체에 유해한 방사선은 대기에서 흡수되어 거의 지표에 도달하지 않습니다. 자외선과 적외선도 대기에서 흡수되어 그 중 일부만이 지표에 도달 합니다. 가시광선은 대기에서 산란 또는 흡수되지만, 모든 파장 영역의 빛이 지표까지 도달 합니다. 이처럼 대기는 태양광에 대해 일조의 필터와 같은 기능을 하고 있습니다. 그렇기 때문에 많은 생물의 시각은 주로 대기의 필터를 통과해 온 가시광선에 적응하면서 진화해 왔습니다. 표준 광원 물체의 ..
원추세포와 간상세포 우리 눈의 망막 안쪽에는 빛을 느낄 수 있는 시세포가 있습니다. 이 시세포에는 어두운 빛에도 반응하지만 색을 확인할 수는 없는 간상세포(막대세포)와 밝은 빛에만 반응하지만 색을 식별할 수 있는 원추세포(원뿔세포)가 있습니다. 원추세포는 황반을 구성하고 있으며, 황반을 중심으로 망막 전체에 분포합니다. 간상세포는 원추세포보다 수가 많으며 망막 주변에 많이 분포합니다. 눈은 이 두 종류의 시세포에 의해, 망막에 맺힌 물체의 상의 명암과 색이나 형태 등을 파악할 수 있습니다. 빛에 의한 간상세포의 자극 간상세포에는 광수용색소인 로돕신(Rhodopsin)이 있는데, 옵신이라는 단백질과 비타민 A인 레티날이 결합된 구조를 하고 있습니다. 옵신과 결합한 레티날은 빛을 받으면 구조가 변경되는데, ..
광원의 색과 물체의 색 우리가 색을 볼 수 있는 것은 광원을 볼 때나 빛으로 비추어진 물체를 볼 때 입니다. 광원을 보고 있을 때는 광원에서 나온 빛이 직접 눈에 들어가기 때문에, 광원에서 나오는 빛이 정해지면 눈으로 보이는 색이 결정됩니다. 예를 들어 660nm 파장의 빛을 방출하는 광원은 빨간색으로 보입니다. 한편, 물체의 색은 태양 등의 광원으로부터 물체에 도착한 빛 중 물체가 흡수하지 않고 반사한 빛의 색 입니다. 투명한 물질의 색은 물체가 흡수하지 않고 투과한 빛의 색에 반사광이 더해진 색이 됩니다. 광원이 태양인 경우, 빨간 사과는 태양광 중 청록계의 파장의 색의 빛을 흡수하고, 태양광으로부터 흡수하지 않은 청록계의 빛을 제외한 나머지 빛을 반사합니다. 그 반사된 빛이 우리 눈에 도달하여 붉게..
레이저 광선 프리즘을 이용하여 빛에서 무지개색 띠를 만든 뉴턴은 '빛 자체에는 색은 붙지 않지만 빛은 인간의 시각에 색감을 일으킬 수 있는 능력이 있다'고 말했습니다. 빛은 정말 아무 색도 없는 걸까요? 이과 실험에서 빛이 가는 길을 조사할 때, 적색이나 녹색의 레이저 포인터를 사용하여 광선을 관찰하는 경우가 많이 있습니다. 레이저 포인터의 광선에 색이 있는 것 처럼 보이는 것은, 빛이 공기 중에 떠다니는 먼지같은 미립자로 인해 산란해, 그 산란한 빛을 눈으로 관찰할 수 있기 때문입니다. 연기 등을 사용하면 광선이 더 명확하게 보이게 되는 것은 공기 중에 많은 미립자가 떠다니게 되기 때문입니다. 즉, 우리는 광선 그 자체를 보고 있는 것이 아니라, 빛에 비추어져 색으로 빛나고 있는 미립자를 보고 있는 것..
고대 이집트인이 생각한 빛과 눈의 관계 우리가 일상적으로 하는 경험을 떠올려보면, 밝은 곳에서는 물건이 보이고, 어두워지면 물건이 보이지 않게된다는 것을 알고 있습니다. 또한 눈을 뜨면 물건이 보이고 눈을 감으면 물건이 보이지 않게 되는 것도 알고 있습니다. 고대 사람들은 이 당연한 2개의 일상 체험 사이에서 관계성을 추론하여, 이를 기점으로 시각의 원리를 생각하게 되었습니다. 현재를 살아가는 우리가 그들의 시각의 원리에 대한 생각을 이해하기 위해서는, 지금 가지고 있는 과학적 지식을 배제하고, 일상 생활에서 느끼는 감각을 바탕으로 상상력을 발휘해보는 것이 좋을 수도 있습니다. 고대 이집트에서 작성된 토리노 파피루스라는 고문서가 있습니다. 이 문서는 이탈리아의 토리노 박물관에서 발견된 것이지만, 원래는 ..
전기력과 자기력의 전달 마이클 패러데이가 전자기 유도를 발견했을 당시, 많은 과학자들은 전자기 상호작용의 전기력과 자기력이 원격작용에 의해 작용하는 힘이라고 생각했습니다. 원격작용이란 서로 공간이 분리되어있는 물체와 물체 사이에 작용하는 힘이, 물체간의 공간에는 변화를 주지 않고, 직접적이고 순간적으로 물체 사이에 전달되는 작용을 말합니다. 예를 들어, 뉴턴이 발견한 만유인력 등도 원격작용으로 전해진다고 생각되고 있었습니다. 그러나 패러데이는 전기력선과 자기력선이라는 개념을 이용하여 전기력과 자기력이 근접작용으로 작용하는 힘이라고 주장했습니다. 근접 작용은 물체와 물체 사이에 작용하는 힘이 물체 사이에 존재하는 매질의 변화를 통해 간접적이고 유한한 속도로 전달되는 작용입니다. 전자기 유도의 실험 결과로부..
솔레노이드와 전자석의 발견 앙드레마리 앙페르는 도선을 빙빙 감아 전류를 흘려 보내는 실험을 했습니다. 그러자 도선의 주위에 마치 막대 자석의 주위에 생기는 자기장처럼, 자기장이 생기는 것을 발견했습니다. 그는 이 빙글빙글 감은 도선을 솔레노이드라고 명명했습니다. 솔레노이드는 코일을 말하는 것 입니다. 1825년 영국의 윌리엄 스터전(William Sturgeon)은 앙페르가 발견한 솔레노이드의 현상에 대해 실험을 하면서, 코일 가운데에 철봉을 넣자 자기장이 강해지는 현상을 발견했습니다. 당시 절연된 전선이 없었기 때문에 그는 니스로 절연된 철심을 사용했습니다. 그는 철심 양 끝쪽의 자기장이 더 강해지는 것을 깨닫고, 말굽형으로 구부러진 철심을 사용하여 자석의 극이 같은 쪽에 오도록 해보았습니다. 이 실험..
전기와 자석의 관계를 발견 1752년 비오는 벌판에서 연을 날리는 실험을 통해 번개 정체가 전기임을 밝혀낸 미국의 벤저민 프랭클린은 번개의 방전이 자석의 극성을 반전시킨다는 기록을 남겼습니다. 전기에는 플러스와 마이너스가 있고, 자석에는 N극과 S극이 있습니다. 전기도 자석도, 각각 같은 것 끼리는 반발하여 밀어내고, 다른 것끼리는 서로 끌어당기는 성질이 있습니다. 또한 전기와 자석의 힘은, 그 힘이 작용하는 물체 사이의 거리가 가까울수록 커집니다. 이러한 이유로 전기와 자기 사이에는 어떤 관계가 있는 것이 아닐까하고 옛날부터 생각되고 있었습니다. 1820년 덴마크의 한스 크리스키안 외르스테드는 실험을 위해 볼타 전지의 스위치를 껐다 켰다 반복하고 있었는데, 전지의 바로 옆에 놓여 있던 나침반의 방향이 ..
일반적으로 사용되고 있는 백색 LED는 청색광을 내는 청색 LED와 황색광을 내는 형광 물질을 조합한 것입니다. 백색 LED가 켜지면 내부에서 청색 LED가 청색광을 방출합니다. 이 청색광이 형광 물질을 자극하면 형광 물질이 황색을 방출합니다. 청색과 황색은 보색 관계에 있기 때문에 청색광과 황색광을 혼합한 빛은 백색광이 됩니다. 사진은 백색 LED의 빛을 CD-ROM에 비추는 모습입니다. CD-ROM에 새겨진 많은 홈이 회절 격자의 기능을 하기 때문에 빛이 분광됩니다. 이 사진으로부터 백색 LED의 빛은 청색광과 황색광을 혼합한 백색광인데 적색광이나 녹색광이 존재하는 것을 알 수 있습니다. 이러한 현상이 일어나는 것은 CD-ROM 때문 일까요? 만약을 위해 분광기에 있는 그레이팅(반사형의 회절 격자)을..
정난시와 정난시의 교정 난시는 물건이 이중으로 보이거나 방향에 따라 보이는 방법이 다르거나 합니다. 난시는 각막의 세로 방향과 가로 방향에서 굴절력이 다르기 때문에 발생하는 굴절 이상입니다. 이러한 난시를 정란시라고합니다. 정란시에서는 그림의 위과 같이 초점이 두곳에 잡히게 됩니다. 이것은 렌즈 수차 중 비점 수차에 해당하는 현상입니다. 난시를 교정하기 위해서는 각막의 세로 방향과 가로 방향의 굴절력을 맞추어야합니다. 그래서 방향에 따라 굴절력이 다른 원통형 렌즈(토릭 렌즈)를 사용하여 세로 방향과 가로 방향의 초점 위치를 조정하여, 한 곳에 상이 맺힐 수 있도록 하는 기능을 갖추고 있습니다. 부정난시 난시에는 각막 표면의 불규칙한 요철로 인한 부정 난시가 있습니다. 부정난시는 안경으로 교정할 수 없기 ..
노안의 교정 노안 일때 가까운 것이 보기 어려워지는 이유는 노화에 의해 수정체의 조절 능력이 저하되어, 근점이 더 멀어지기 때문입니다. 이 때문에 노안인 사람이 돋보기를 사용하지 않고 책을 읽을 때에는, 책을 정시의 근점보다 더 멀리 놓고 봐야 합니다. 하지만 노안에서는 원점은 변함이 없이 무한대에 있기 때문에, 먼 것은 육안으로도 잘 보입니다. 근시와 원시는 원점이 바뀌는 눈의 굴절 이상이지만, 노안는 근점만 바뀌는 눈의 굴절 이상입니다. 노안은 수정체의 조절 능력이 저하되어 있기 때문에, 초점이 망막 보다 뒷편에 생기게 됩니다. 이러한 노안의 교정에는 빛을 모으는 기능이 있는 볼록 렌즈를 사용합니다. 초점이 맺히는 거리에 따라 어느 정도의 볼록 렌즈가 필요한지는 증상에 따라 결정됩니다. 원근 양용 안..
원시의 교정 원시는 수정체가 무조정인 상태에서도 확실히 보이는 원점이 없습니다. 즉, 원시는 무한대의 것을 볼 때에도 모양체를 긴장시켜 수정체를 두껍게 합니다. 근처에 있는 것을 볼 때처럼 멀리 있는 것을 보는 것이 원시입니다. 끊임없이 모양체를 긴장시키고 있기 때문에 눈이 쉽게 피로해 집니다. 원시는 그림 아래의 오른쪽과 같이 수정체가 가장 얇은 무조정 상태로, 무한대의 거리에서 오는 빛이 망막의 뒷면에서 상이 맺히도록 진행합니다. 따라서 망막에서는 초점이 제대로 잡히지 않기 때문에, 물건이 제대로 보이지 않습니다. 상을 망막에 정확히 맺히도록 하기 위해서는, 각막과 수정체의 굴절력을 강화시켜야 합니다. 그래서 빛을 모으는 기능을 가진 볼록 렌즈를 사용합니다. 초점 거리 조정을 위해 어느정도의 볼록 렌..