제1강 빛의 성질을 파악하라!
저는 수학, 철학, 물리학, 생리학, 기상학, 광학 등 여러 분야를 넘나들며 활동했습니다. 그중 수학 분야의 업적을 몇 개 이야기하자면, 제가 바로 천장에 앉아 있던 파리를 보고 좌표체계를 만들었던 사람이죠. 오늘날까지 사용되는 x, y, z 등 수학 기호도 여러 개 만들었고요.
게다가 수학뿐만 아니라 과학의 여러 분야에도 관심이 많았습니다. 특히 빛의 성질을 연구하는 광학과, 자연 현상을 설명하는 기상학을 좋아했어요. 그러다 보니 자연스럽게 ‘무지개’에 관심을 갖게 됐지요.
무지개는 사람이 하늘에 그려놓은 그림은 아닌데, 아름다운 빛깔을 뽐내며 지구 곳곳에 모습을 드러냅니다. 이런 모습을 관찰한 많은 과학자들이 무지개가 생기는 원리에 대해 토론하고 연구했지만, 1610년대 초반까지 무릎을 탁 칠 만한 ‘명쾌한 해답’은 그 누구도 내놓지 못하고 있었어요.
그 당시 과학자들은 빛이 공기에서 물과 같은 다른 성질의 매질로 들어갈 때 일어나는 굴절 현상을 연구했습니다. 그 속에 들어 있는 수학적인 규칙성을 밝혀내기 위해서였어요. 저도 더욱 파고들어 연구했지요. 그리고 1618년, 마침내 저는 최초로 빛의 굴절 속에 숨어 있던 수학적인 규칙성을 찾아 증명했습니다. 먼저 제가 제시한 굴절의 법칙을 소개해 보죠.
제2강 무지개의 비밀은 굴절과 분산!
무지개는 공기 중에 떠 있는 수많은 물방울이 햇빛에 닿아 물방울 안에서 빛의 굴절과 반사가 일어날 때 생기는 현상을 말합니다. 햇빛의 고도와 관찰자의 위치, 물방울의 크기와 퍼진 정도에 따라 무지개의 모습은 다양하게 변하죠.
무지개는 공기 중에 떠 있는 수많은 물방울이 햇빛에 닿아 물방울 안에서 빛의 굴절과 반사가 일어날 때 생기는 현상을 말합니다. 햇빛의 고도와 관찰자의 위치, 물방울의 크기와 퍼진 정도에 따라 무지개의 모습은 다양하게 변하죠.
저는 1637년부터 무지개에 대해 본격적으로 연구를 하기 시작했습니다. 가장 먼저 무지개를 만드는 데 큰 역할을 하는 미세한 물방울 하나를 거대하게 확대해 그려 보았지요. 그리고 앞에서 설명한 굴절의 법칙을 적용해, 무지개를 이루는 빛은 물방울을 통과하면서 두 번의 굴절(B, D)과 한 번의 반사(C)를 겪는다는 사실을 알아냈습니다. 물방울을 만나기 전까지 흰색을 띠던 햇빛이 물방울을 만나 굴절되면서 여러 가지 색으로 분산되는 원리죠. 이쯤에서 빛에 대한 이해를 좀더 돕기 위해 제 친구 스넬을 소개할게요.
저는 색에 따라 달라지는 빛의 굴절 각도를 계산하기 위해, 스넬과 거의 비슷한 방법으로 식을 세웠습니다. 굴절 각도를 x라 하고 무지개와 관찰자 사이의 거리, 해당 빛깔의 무지개가 떠 있는 높이 등을 측정해 삼각함수를 이용해 계산해 보았어요.
그 결과 빨간색 빛은 늘 약 42°, 보라색 빛은 약 40°로 물방울과 만나 굴절된다는 사실을 수학적으로 증명할 수 있었습니다. 이 내용은 제가 쓴 <;기상학>;이라는 책에서 확인할 수 있습니다.
한 걸음더 삼원색만 있으면 무지개 꽃도 가능!
자, 무지개에 대한 궁금증이 풀렸나요? 앞에서 살펴보았듯이 진짜 무지개를 보려면 공기 중의 물방울과 강한 햇빛, 하늘을 보는 각도가 잘 맞아야 해요. 그런데 이 삼박자를 맞추기가 쉽지는 않죠. 사실 저 역시 이번 여름에 무지개를 몇 번이나 볼 수 있을지 잘 모르겠네요.
그래서 여러분을 위해 방 안에서 무지개를 쉽게 즐길 수 있는 비법을 소개해 드리겠습니다. 바로 ‘무지개 꽃’입니다. 색의 삼원색인 자홍(마젠타), 청록(시안), 노랑만 있으면 모든 색을 만들 수 있다는 원리를 이용하는 거죠. 이번 여름 방학에는 특별한 나만의 무지개 꽃을 피워 볼까요?
