인류는 오래전부터 빛이 만들어내는 신비로운 현상을 보아왔습니다
아주 어두운 방안에 아주 조금마한 구멍이 뚫려있으면 밖의 풍경이 그려지기도 했고, 아주 무더운 날 황량한 사막 한가운데에 먼 곳의 풍경이 그려지기도 하는 신비로운 현상을 목격하기도 하였습니다
이러한 현상들은 사실 빛이 정보를 전달하는 현상 중의 하나였지만 빛의 성질을 이해하지 못했던 시대의 사람들에게는 그저 신비롭고 아름다운 자연현상의 하나로 생각될 뿐이었습니다
이렇게 신비로운 자연현상들은 시간이 흐르면서 그 원리와 실체가 드러나게 되었고, 또한 순간순간 만들어지는 그 잡을 수 없었던 이미지들은 이제 우리가 마음만 먹으면 언제든지 영구 보존할 수 있는 영상들이 되었습니다
이 글에서는 빛이 세상의 풍경을 어떻게 전달하는지에 대한 원리와 또한 이 현상을 영구히 보존하게 해 준 우연한 발견과 발명과정, 그리고 신기루 현상은 과연 홀로그램처럼 빛이 만들어내는 신비로운 작품인지, 아니면 우리 눈이 만들어내는 현상인지에 대해서 알아보겠습니다
어두운 방과 조그만 구멍으로 들어온 빛의 그림(카메라 옵스큐라)
어두운 방, 조그만 구멍을 통해 들어오는 빛이 그려내는 밖의 풍경을 당시의 사람들은 신비롭게 여겼지만 이러한 현상이 왜 일어나는지는 알 수가 없었습니다
어떻게 어두운 방안에 작은 구멍이 뚫려있을 뿐인데 그 구멍을 통해서 들어온 빛이 그림을 그려내는 것일까요
다만 알 수 있었던 것은 구멍이 작을수록 그려내는 풍경이 선명하고, 구멍이 커질수록 그려진 풍경이 희미해진다는 것만을 알 수 있었습니다
이러한 현상을 나무를 예를 들어 알아보겠습니다
태양으로부터 온 빛이 어떤 장소에 있는, 나무에 부딪칩니다
빛을 이루고 있는 무지개색들은 색에 따라 각각 파장이 다른데, 나무에 부딪친 빛의 여러 가지 파장들 중 나무와 파장이 맞는 빛들은 흡수가 되어버리고 파장이 달라서 흡수되지 못한 색의 파장은 반사되어서 다시 직진합니다
그런데 직진하던 빛이 어떤 조그만 구멍을 통과하게 되는데, 그곳은 아주 어두운 방안입니다
어두운 방으로 들어온 빛은 계속 직진하다가 반대편의 벽에 부딪치는데 이때 빛은 자신이 만났던 물체의 모습 그대로 벽에 그려냅니다
즉 말하자면 물이 어떤 물체에 부딪쳐 그 물체의 모양을 따라 물결을 만들어내는 현상과 비슷하다고 할 수 있습니다
또한 프린터로 그림을 완성하는 것과 같이, 프린터는 잉크를 점점이 찍을 뿐이지만 그 점들이 모이면 하나의 완성된 이미지가 되듯이, 빛의 알갱이인 광자도 한 점 한 점 자신과 부딪쳤던 그 사물의 정보를 전달하며 수많은 광자가 모여서 하나의 이미지를 만들어냅니다
이러한 원리로 빛이 사물의 모습을 그려놓는 것인데 만약 구멍이 크다면 그 구멍을 통과하는 빛들이 많아지기 때문에 빛들이 서로 겹쳐서 사물의 모습이 희미해지는 것이고, 구멍이 작을수록 그 빛들이 겹쳐지지 않기 때문에 그려지는 상이 분명해지는 것입니다
고대의 사람들은 자연이 그려내는 아름다운 영상을 보면서 그 상을 영구히 보존하고 싶은 열망을 느꼈으나 그렇게 할 수 있는 방법이 없었기 때문에, 단지 화가들의 스케치 용도로만 사용되었습니다
빛의 그림을 붙잡은 니엡스
그러나 18세기 초, 우연한 발견으로 은염이 빛에 반응한다는 사실을 알게 됩니다
1727년, 독일의 의사이자 화학자인 요한 하인리히 슐체는 여러 가지 화학물질로 실험을 하다가 질산은이 들어있는 용액을 햇빛이 비치는 곳에 놓아두었는데 나중에 보니 검게 변해있었습니다
처음에 그는 열 현상 때문이라고 생각하고 그냥 지나치려 하였지만 다시 확인해 보고자 종이로 햇빛을 가려서 실험해 보니 빛이 닿은 부분만 검게 변한다는 것을 알게 되었습니다
심지어 그가 글자를 오려서 붙이고 빛을 비추었더니, 그 글자 모양을 제외한 나머지 부분만 검게 되는 것을 보고, 그는 질산은염으로 빛의 흔적을 남길 수 있겠다는 것을 알게 됩니다
그러나 시간이 지나면 햇빛에 노출되지 않은 부분도 검게 변해갔기 때문에 그것을 영구적으로 유지할 수 있는 방법은 알 수 없었습니다
그러나 그로부터 100년 뒤, 세계 최초의 사진을 찍은 프랑스의 조세프 니세포르 니엡스가 1827년, 유대의 역청을 이용해서 빛이 그려낸 풍경을 영구적으로 보존하는 데 성공합니다
땅 속의 석유가 땅 밖으로 흘러나와 굳어진 물질인 역청은 사해 주변의 유대 지방에서 많이 산출되었는데, 역청은 햇빛을 받으면 단단해지고 굳어져서 성경의 노아의 홍수에 나오는 배가 이 역청을 발라서 방수재로 사용했다는 기록이 있을 정도로 아주 오래전부터 방수재와 접착제로 흔하게 사용하던 물질이었습니다
이 역청을 18세기 후반에는 판화를 만들 때 금속판을 보호하는 니스의 재료로 사용하였는데, 니엡스는 원래 판화를 만들던 사람이었기 대문에 역청에 대해서 잘 알고 있었습니다
그래서 니엡스는 역청이 햇빛을 받으면 받을수록 단단하게 굳는 성질을 이용하면 빛으로 그려진 그림을 남길 수 있지 않을까를 생각하게 됩니다
그는 카메라 옵스큐라를 이용하여 금속판에 유대역청을 칠하고 장장 8시간 동안 노광을 주었더니, 그의 생각대로 역청이 닿은 부분은 단단하게 굳어져서 이미지가 만들어졌습니다
이어 그는 노광 되지 않은 부분의 역청은 역청을 녹이는 액체로 제거하여 세계최초로 영구적인 이미지를 남기는 데 성공합니다
사진을 실용화한 다게르의 발견
니엡스의 성공을 전해 들은 프랑스의 화가이던 루이 다게르는 카메라 옵스큐라에 관심이 많던 사람이었는데, 그는 니엡스에게 같이 연구하고 싶다는 편지를 여러 차례 보냈습니다
그러나 니엡스는 기술을 공유하는 것을 원하지 않아 거절했지만, 이후 서로 신뢰를 쌓게되어 1829년에 공동 연구자로서 계약을 맺게됩니다
그러나 1833년 니엡스가 갑자기 세상을 떠나는 바람에 이들의 공동연구는 무산되었고, 이 후 다게르는 니엡스의 연구를 이어받아 혼자 연구를 진행합니다
그러다 1835년, 아주 우연한 일로 촬영시간을 단축시킬 수 있는 방법을 발견하게 됩니다
다게르는 노출이 충분하지 않아서 촬영에 실패한 은판을 약품 보관함에 넣어두었는데, 며칠 후 보관함을 열어보았더니 아무런 상도 보이지 않던 은판에 선명한 영상이 나타나있는 것을 보게 됩니다
다게르는 이 약품 보관함 안에 있는 무엇인가가 영상을 드러내고 있다는 것을 깨닫고 보관함 속의 물건을 하나하나씩 치우며 실험을 해나가다가, 깨진 온도계에서 나온 수은의 증기가 원인이라는 사실을 알게 됩니다
이로써 그는 감광판은 빛을 조금만 받아도 보이지는 않지만 잠상이 형성된다는 것과, 그 잠상에 수은 증기를 쏘이면 눈에 보이는 영상으로 나타난다는 것을 알게 됩니다
(수은은 원래 다른 금속과 결합하기를 좋아하고 또 결합하면 아말감이라는 물질로 변하는데 아말감은 하얗고 빛을 잘 반사하는 성질을 가진 물질입니다)
그런데 은판에는 빛은 받은 부분에 아주 미세한 은 입자가 생성되어 있어서, 여기에 수은 증기를 쐬어주면 금속을 좋아하는 수은이 그 은입자와 결합하여 은-수은 아말감이 만들어져서 빛을 받은 부분이 하얗게 변하는 원리입니다
그는 또한 요오드화은이 빛에 굉장히 민감하다는 것을 알고 은으로 도금된 구리판에 요오드 증기를 쐬게 해서 요오드화은이 덮인 감광판을 만듭니다
이렇게 해서 아주 잠깐 빛에 노출시켜도 잠상을 만들 수 있고, 또 그 잠상을 수은으로 드러내는 기술을 발견함으로써 몇 시간씩 걸리던 촬영시간은 수 십 분으로 줄어들었습니다
이 전에는 빛을 충분히 받아야만 영상이 생긴다고 생각했지만, 이 발견으로 아주 약한 빛도 흔적을 남긴다는 사실을 발견한 것입니다
그러나 아직 드러난 이미지를 정착시키는 방법이 완전하지 않아서 사진이 빛을 받으면 계속 변질되는 문제를 가지고 있었는데, 처음에는 소금물을 정책액으로 사용했지만 남아있는 요오드화은을 제거하기에는 효과가 미약했습니다
그러나 1839년, 존 허셀이 티오황산나트륨(하이포)이 감광물질을 잘 녹인다는 것을 발견하고, 이 방법을 다게르에게 알려주었고, 다게르가 이 방법을 적용하면서 안정적이고 영구적인 사진이 완성되었습니다
우리는 사진 한 장 찍는 것을 아주 흔하게 생각하지만, 빛이 만들어놓은 이미지를 영구히 보존할 수 있는 방법을 알게 된 옛사람들의 경이로운 마음이 느껴지는 것 같습니다
신기루현상
우리들은 보통 신기루 현상을 생각할 때, 마치 홀로그램처럼 사막 한가운데에 빛의 작용으로 오아시스의 영상이 떠있을 거라고 생각합니다
그러나 사실, 신기루 현상이 일어났을 때 공기 중에는 아무런 영상도 없고, 신기루의 영상은 오직 내 눈에서만 만들어지는 현상입니다
우리들이 신기루 현상에 대해서 가장 익숙한 사막의 오아시스를 예로 들어보겠습니다
평상시의 날씨라면 오아시스와 주변의 풍경에서 반사된 빛들은 직선으로 진행합니다 그런데 나의 위치는 그 직선 방향과 만날 수 없는 위치에 있습니다
그런데 태양이 강하게 내리쬐는 아주 더운 날씨에는 지면도 뜨거워지므로 지표면 가까이의 뜨거운 공기들은 위로 올라가고, 위 쪽의 차가운 공기들은 밑으로 내려옵니다
이러한 공기의 순환이 계속되기 때문에 이때의 공기의 밀도와 굴절률은 높이에 따라서 달라지게되는데, 이 때 빛이 진행하게되면 지표면 근처의 공기층은 거대한 렌즈처럼 작용하게되어서 빛의 굴절하게되고, 결국 휘어진 경로를 따라서 진행하게됩니다
이 때 내가 그 휘어지는 방향에 있다면, 빛은 내 눈으로 들어오게 되고 눈의 뒤쪽에 있는 망막에 부딪쳐서 그 오아시스의 상을 그려내는 것입니다
결국 신기루는 우리가 쉽게 생각하는것처럼 빛이 공기 중에 그려내는 현상이 아니라, 방향이 휘어진 빛이 내 눈 속으로 들어와서 망막에 그려내는 현상인것입니다
마무리
빛의 존재는 세상을 환하게 비추기도하지만 자신이 부딪쳤던 사물의 정보를 가지고있습니다
그리고 그 정보를 가지고 진행하다가 카메라 옵스큐라의 벽이나 우리 눈의 망막과 같이 빛을 받아줄 표면에 부딪쳤을 때 자신이 가지고있는 정보를 펼쳐내는것입니다
신기루 역시 정보를 가지고 직진하던 빛이 공기층의 변화로 방향이 휘어져서 우리 눈의 망막과 만나서 자신이 가지고있던 정보를 펼쳐내는것입니다
결국 우리가 보고있는 이 세상의 모든것은 빛이 망막이라는 스크린에 펼쳐놓는 거대한 그림이 아닐까요