빛의 파동, 보이거나, 보이지 않거나 - 루시안 왈코빅즈 (Lucianne Walkowicz)

전체 강의 보기: http://ed.ted.com/lessons/light-waves-visible-and-invisible-lucianne-walkowicz

빛들은 각각의 파장을 가지고 있지만, 사람의 눈은 전체 파장 중에서 극히 적은 부분-빨강부터 보라까지-만을 볼 수 있습니다.
마이크로웨이브, 라디오 웨이브, X레이 그리고 보이거나 혹은 우리의 시각범위를 벗어난 빛들까지. 루시안 왈코빅즈는 우리가 볼 수 없는 빛들을 보여줍니다.

강연 : 루시안 왈코빅즈 (Lucianne Walkowicz)
애니메이션 : 퓨36 애니메이션 스튜디오 (Pew36 Animation Studios)

만약 단 한가지 색만 볼 수 있다면 어떨까요?

상상해봐요. 예를 들어,

빨간 색만 볼 수 있고

다른 색들은

완전히 안보인다면요?

이건,

우리가 어떻게 일상을 살아가는지 알 수 있게 해줘요.

왜냐하면, 우리의 눈은 단지

전체 빛의 부분 중에서 아주 일부분만 보기 때문이지요.

가지각색의 빛들은 항상 우리 주위에 있지만

우리 눈으로는 볼 수가 없어요.

우리가 좋아하는 음악을
듣게 해 주는 라디오파부터

의사들이 우리의 내부를 볼때 쓰는 엑스레이,

우리의 음식을 데우는데 쓰는
마이크로파까지 말이에요.

이걸 이해하기 위해서,

우리는 한 두 가지 사실을 알아야 해요.

어떻게 모든 것들이 빛으로 되는 지와,

빛이 대체 무엇인지 알아야 해요.

빛은 전자기파랍니다.

그리고, 빛은 파동처럼,
그리고 입자처럼 행동한답니다.

빛은 바다의 파도와 같아서,

큰 파동도 있고, 작은 파동도 있어요.

하나 다음에 바로 하나오는

해수면에 부딛혀가는 파도처럼,

빛들은 끝없이 오지요.

파동의 길이는 파장이고,

파동이 얼마나 자주 오는지를 말할 때는

진동수라고 해요.

바다 위에 떠있는 보트를 상상해봐요.

파도가 지나가며 위아래로 흔들거리는 보트를요.

만약, 그 날 파도가 긴 파장을 갖고 있다면,

여러분은 천천히 위아래로 흔들리겠지요?

혹은 굉장히 낮은 진동수로요.

만약 파도가 짧은 파장을 갖고 있다면,

그 파장들은 서로서로 가까울 것이고,

우리는 좀 더 자주 위 아래로,

높은 진동수로 흔들리게 될거에요.

각각 다른 종류의 빛들은,

각기 다른 파장과 진동수를 갖고 있어요.

만약에 우리가 빛의 파장이나

진동수를 알게되면,

빛의 에너지를 알 수 있습니다.

긴 파장의 빛은 작은 에너지를,

짧은 파장의 빛은 큰 에너지를 갖고 있습니다.

기억하기 쉽게

여러분이 흔들리는 보트에 있다고 상상해 보세요.

어느 날 항해를 할 때,

짧고 변동이 심한 파도가 있다면,

우리의 에너지 상태는 꽤 높아질 거에요.

무너지는 물건들을 잡기 위해 이리저리 뛰어다니면서요.

하지만 긴 파장의 바다에서는,

우리는 혼자 뒹굴거리고 여유있는

낮은 에너지의 상태에 있게 될 거에요.

빛의 에너지는

우리가 빛이 어떻게 작용하는지 알게 해 줍니다.

예를 들어, 우리의 눈(시각)세포를 보세요.

우리가 본다는 것은,

망막이라는 수용기를 자극하는

빛 에너지 때문에 가능하지요.

망막은

아주 적은 빛의 범위에만 반응합니다.

그래서, 우리는 이 범위 내의 빛을
가시광선이라고 부릅니다.

망막 내에는 특별한 수용체가 있는데요,

막대세포와 원뿔세포가 그 것입니다.

막대세포는 빛의 밝고 어두움을 측정해서,

어떤 장소에 빛이 얼마나 있는지를 알 수 있게 해요.

원뿔세포는 우리가 어떤 색의 빛을 보는지를 관장해요.

원뿔세포는 다른 색의 빛에 민감하게 되어 있어서,

다른 빛에만 반응한답니다.

어떤 원뿔세포는

긴 파장과 낮은 에너지의 빛에 더 민감하고,

어떤 원뿔세포는

짧은 파장과 높은 에너지의 빛에 더 민감합니다.

빛이 우리의 눈에 도달할 때,

각각의 원뿔세포가 측정한
상대적인 에너지의 양에 따라

뇌가 색깔을 인지하게 됩니다.

우리가 보는 무지개는,

사실 그 에너지 때문에 가시광선이지요.

무지개 한 쪽에는,

우리가 빨간색으로 보는 에너지가 낮은 빛이 있고,

반대쪽에는,

우리가 파란색으로 보는 높은 에너지 빛이 있습니다.

만약에 빛이 비취는데,

우리 망막이 인식할 수 없는 에너지를 갖고 있다면,

우리는 그 빛을 볼 수 없겠지요.

너무 짧은 파동이거나 혹은
높은 에너지를 가진 빛이라면,

우리의 망막에 도달하기 전에

눈 표면에 흡수될 것이고요,

그리고 너무 긴 파장의 빛은

망막을 자극할

충분한 에너지를 전혀 갖지 못합니다.

빛을 각각 다르게 만드는 유일한 것은

파장의 길이입니다.

라디오파는 긴 파장을,

엑스레이는 짧은 파장을 갖고 있습니다.

그리고 우리가 실제로 볼 수 있는 가시광선은

그 사이에 있습니다.

비록 우리 눈이

다른 빛들을 볼 수 없더라도,

우리는 특별한 감지기가 있는데요,

그 감지기들은

다른 파동들의 빛에만 반응합니다.

디지털 눈 처럼요.

이 감지기는

심지어 스스로 인지할 수는 없는

빛이 있다는 것을 알 수 있게 합니다.

그러니까, 생각해 보세요.

잠깐동안요.

다 달라 보여도,

모닥불에서 우리가 느끼는 따뜻함은

맑은 날 비치는

햇살의 따뜻함과 같고,

우리가 피하려고 선크림을 바르는

자외선과 같아요.

TV와도 같고,

라디오와도 같고,

그리고 전자레인지와도 같아요.

자, 이 예들은 모두 지구상에 있습니다.

우리 일상에서 매일 느끼는 것이지요.

하지만, 더 놀라운게 있습니다.

우주는 모든 스펙트럼의 빛을 줍니다.

밤하늘을 생각하면,

아마 여러분은

빛나는 별들을 떠올릴 것입니다.

하지만, 그것들은 단지 가시광선일 뿐입니다.

전체 빛의 스펙트럼 중

아주 일부분일 뿐이지요.

만약에 여러분이 가시광선만 사용해

우주를 그리려고 한다면,

한 가지 색연필로만 색칠하는 것과 같을 거에요.

꽤 슬픈일이지요.

우주의 전체 스펙트럼을 보기 위해서,

우리는 올바른 눈을 가져야 합니다.

즉, 특별한 망원경을 사용해야 해요.

이는 가시광선 그 이상을 볼 수 있게 해줍니다.

허블 우주망원경에 대해 들어봤지요?

그리고 아마 가시광선과 자외선으로 찍힌

사진들도 봤을 겁니다.

하지만, 그거 아세요?

지구궤도에

모든 스펙트럼의 빛 중

각각 부분을 보는
스무 개의 망원경이 있다는 사실을요.

우주와 지구에서

가상의 눈이 되는 망원경은

우리로 하여금 놀라운 것들을 볼 수 있게 합니다.

그리고 가장 멋진건,

파장길이와 에너지와 상관없이,

머나먼 우주에서

우리가 빛을 보는 것처럼

지구상에서 경험하고 배울수 있다는 것이지요.

그래서 여러분이

어떻게 엑스레이,

자외선이나,

마이크로파가 작동하는지에 대한 물리학을 알면,

머나먼 별과 은하의 빛들을 연구하고

무슨 일이

은하에서 일어나고 있는지 알게됩니다.

여러분이 앞으로 일상을 살면서

볼 수 있는 것과 볼 수 없는 것,
그 이상을 상상해보세요.

자연계에 대해 조금 더 아는 것은

우리 곁에 항상 존재하는

빛의 전체 스펙트럼에 대해 알 수 있게 해 준답니다.