아름다운 색은 우리의 영혼과 마음을 즐겁게 합니다
그런데 과학이 밝혀낸 바로는 이 세상의 모든 색은 물질이 가지고 있는 고유한 색이 아니라, 빛과 전자 그리고 뇌가 만들어내는 작용이라고 합니다
태어나면서부터 세상의 모든 색들을 물질 고유의 색이라고 느껴왔던 우리들은 이러한 과학적인 사실이 실감되지는 않습니다
그러나 우리가 색을 느끼는 과정을 하나하나 이해하게되면 세상의 바라보는 새로운 시각이 또 열릴 것입니다
이 글에서 우리가 당연하게 생각하는 이 세상의 색은 어떻게 만들어지는지를 알아보겠습니다
빛과 전자의 만남
태양에서 나온 빛이 지구에 있는 물질에 닿으면 빛과 전자의 만남이 시작됩니다
모든 물질은 다 원자핵과 전자로 이루어져있는데,만약 원자를 운동장이라고 한다면, 원자핵은 운동장에 쌀 한 톨 있는 것과 같은 크기라고 합니다
그리고 전자들은 그 외의 운동장 전체게 넓게 퍼져있는 형태입니다
원자핵이 이렇게 작기 때문에 빛이 어떤 물질에 왔을 때, 원자핵과 만날 확률은 아주 희박하고 대신 원자 전체에 퍼져있는 전자와 만날 가능성이 훨씬 많기 때문에 빛이 물질 와서 닿을 때에 전자와 만나는 것입니다
빛이 전자와 만나는 또 한 가지 이유는 빛은 전자기파인데 전자도 전기적 성질을 가지고 있어서 빛의 전기장이 전자를 쉽게 흔들 수 있습니다
원자핵도 전기적 성질을 가지고 있기는 하지만 질량이 전자의 약 1800배 이상 무겁고, 매우 단단하게 뭉쳐있어서 색을 만드는 가시광선 정도의 파장으로는 거의 움직이지 않는고 감마선 정도의 강력한 파장이 와야지만 원자핵과 상호작용을 할 수 있습니다
빛과 전자의 만남이 왜 색을 만드는가
그렇다면 왜 빛과 전자의 만남이 색을 만드는 걸까요
우리는 빛(가시광선)이 무지개 색으로 되어있다는 것을 알고 있습니다
그런데 가시광선이 정말로 파장마다 빨주노초파남보의 색을 가지고 있을까요
사실 가시광선은 우리가 알고 있는 무지개의 색으로 구분되는 것이 아니라, 파장으로 구분됩니다
태양에서 오는 빛(전자기파)은 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 라디오파등이 오는데, 우리의 눈은 이 광선들 중 가시광선만 볼 수 있고 나머지 빛(전자기파)들은 볼 수 없습니다
그러니까 우리의 눈은 오로지 가시광선에만 반응하도록 만들어진 것입니다
그런데 참으로 신기한 것은 가시광선은 원래 색으로 구분되는 것이 아니라, 서로 다른 파장으로 구분된다는 것입니다
그런데 우리는 어떻게 색을 느끼는 걸까요
태양으로부터 나온 가시광선이 어떤 물질에 닿으면, 전자가 흡수할 수 있는 에너지(파장)의 빛은 흡수되고 그렇지 못한 빛은 반사되거나 투과됩니다
그러면 반사된 빛은 다시 직진하다가 우리의 눈의 동공이라는 구멍을 통해서 망막으로 들어옵니다
망막에는 각각의 파장대의 감각을 느끼도록 하는 원추세포가 자리하고 있는데 원추세포는 S형, M형, L형으로 나누어집니다
S(Short) 형; 짧은 파장에 가장 민감한 원추세포 (약 420~440 나노미터에서 가장 강하게 반응)
M(Medium) 형; 중간 파장에 가장 민감한 원추세포 (약 530~540 nm에서 가장 강하게 반응)
L(Long) 형; 긴 파장의 영역에 민감한 원추세포(붉은빛 영역에서 가장 강하게 활성화)
만약 420~440 나노미터의 파장이 동공으로 들어오면 망막에 있는 S형 원추세포가 가장 강하게 반응을 하고 이 자극을 전기신호로 바꾸어 뇌로 보냅니다
그러면 뇌는 이 신호를 청색이라는 색으로 나타냅니다
그리고 530~540 나노미터의 전자기파가 눈으로 들어오면 이번에는 M형의 원추세포가 강하게 반응하여 이 반응을 전기신호로 바꾸어 뇌로 보내고 뇌는 이 신호를 녹색이라는 색으로 표현합니다
620~700 나노미터의 파장은 L형 원추세포게 강하게 반응하여 뇌가 적색으로 표현합니다
그런데 중요한 것은 빛을 느끼는 원추세포들이 각각 특정 영역에서만 고정되게 반응을 하는 것이 아니라, 전 영역에 걸쳐서 반응을 하는데 그 특정 영역을 가장 강하게 느낀다는 점입니다
이러한 특성 때문에 3개의 세포들이 서로 겹치며 반응을 해서 신호를 전달하기 때문에 세포는 3개밖에 없지만 빨주노초파남보라는 여러 가지 다채로운 색을 만들어낼 수 있는 것입니다
예를 들어서 570nm 정도의 빛이 들어오면 S형 원추세포는 거의 반응하지 않고, M형 원추세포와 L형 원추세포가 함께 강하게 반응합니다 그리고 이 반응을 전기신호로 바꾸어 뇌로 보내면 뇌는 이 신호들을 조합하여 노란색이라는 감각을 만들어내는 것입니다
만약 핑크라는 색의 감각을 뇌가 만들어내려면 대략, L형(빨강)이 매우 강하게 반응하고 S형(파랑)이 조금 반응을 하고, M형(초록)의 원추세포는 거의 반응하지 않았을 때 핑크라는 색의 감각이 만들어지는 것입니다
마치 물감으로 각각의 색을 조합하여 새로운 색을 만들어내는 것처럼, 뇌는 3개의 원추세포들의 반응을 조합하여 색의 감각을 만들어내는 것입니다
우리가 매일 바라보는 찬란한 색의 세계는 자연이나 빛에 색이 입혀져 있어서가 아니라, 빛과 전자의 만남이 만들어낸 파장, 즉 정보를 우리의 뇌가 반응하여 만들어낸 하나의 거대한 영화인 것입니다