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빛 이야기

과학 2014. 10. 7. 13:19

 


빛 이야기 (THE STORY OF LIGHT)

저자
벤보버 지음
출판사
웅진닷컴 | 2004-06-28 출간
카테고리
과학
책소개
인간의 시각 체계와 빛이 우리의 삶과 사회에 미쳐온 영향에 대해...
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- 자연은 효율을 추구함. 시나오박테리아는 세계를 바꾸겠다는 의도를 전혀 갖고 있지 않았으며 다른 모든 생물들처럼, 단지 안전하게 번성할 수 있는 생태학적 지위를 맹목적으로 찾아다녔을 뿐임. 햇빛을 더 효율적으로 이용할 수 있게 되자, 그들은 다른 세균 경쟁자들을 벼랑끝으로 몰고 갔음. 그들이 부산물로 내놓은 산소는 혐기성 세균을 거의 멸종직전까지 몰아넣은 집단학살이라는 부작용을 낳음. 그리고 세계가 바뀌었음.
- 산소는 물에 녹으므로 바다에는 산소가 있음. 그 산소는 엽록소가 없는 생물들, 즉 바다를 헤엄치는 연체동물과 절지동물과 어류로 진화한 종속 영양생물들이 소비했음. 하지만 엽록소를 가진 생물들은 바다가 간직할 수 있는 양보다 더 많은 산소를 만들어내고 있었음. 그들이 내놓은 쓰레기인 산소가 거품이 되어 바다에서 대기로 빠져나가는 과정이 수십억년 동안 일어났음. 기체 산소는 대기에 있는 메탄 및 암모니아와 강하게 반응해 그것들을 이산화탄소와 물로 바꾸면서 자유질소를 만들어냈음. 이미 대기에 있던 이산화탄소와 더불어, 산소가 메탄과 반응해 생긴 이산화탄소는 엽록소를 지닌 생물들과 진화하고 있던 그 친척들이 쓸 연료가 되었음. 지구의 대기는 수십억년에 걸쳐 서서히 바뀌어 갔음. 이산화탄소는 거의 대부분 사라졌음. 현재 우리가 숨쉬는 공기는 이산화탄소 함량은 1%도 되지 않음. 그 이산화탄소는 전 세계에서 산소를 호흡하는 동물들이 숨을 내쉴때마다 보충되고 있고, 산소를 생산하는 녹색 식물들이 수을 들이쉴 때마다 소비되고 있음.
- 눈의 발달은 대단히 중요한 한가지 물리현상에 토대를 두고 있음. 그것은 빛 에너지가 신경을 자극해 전기신호를 발생시킬 수 있다는 것이며, 이것이 시각의 핵심. 인체의 신경계는 환경에서 받은 정보를 쉴 새 없이 뇌로 보내고, 뇌는 몸의 각 기관과 부위에 명령을 내리고 있음. 이 정보들은 뉴런이라고 하는 각 신경세포들이 일으키는 깜박거리는 전기신호를 통해 운반됨. 뇌로 전달되는 전기활동은 다 더해도 고작 0.002와트밖에 안됨. 전력의 측면에서 보면 뇌의 전기활동은 아주 약하지만 그것은 대단히 정교하게 구성되어 있음. 아주 충실하게 작동하고 대단히 복잡해서 가장 큰 슈퍼컴퓨터조차 장난감으로 보일 정도임.
- 대개 포유동물들은 수정체를 구부려서 초점을 맞추지만, 다른 방법을 써서 초점을 맞추는 동물들도 있음. 매나 독수리처럼 높이 날면서 먹이를 찾는 새들은 몇 킬로 떨어진 곳에 작은 사냥감을 구별하고 쏜살같이 내리꽂혀 그 쥐나 토끼를 발톱으로 움켜쥘 때까지 계속 초점을 맞출 수 있어야 함. 그런 맹금류둘은 각막의 곡률을 재빨리 바꿀 수 있음. 그럼으로써 수정체의 곡률을 변화시킬 때보다 훨씬 더 넓은 범위에 걸쳐 초점을 맞출 수 있음. 문어 같은 연체동물들은 눈알 전체를 납작하게 만들어 수정체가 거의 망막에 붙도록 했다가, 근육을 이완시켜 눈알을 다시 원래 모양으로 돌려놓을 수도 있음. 물고기는 망원경의 경통을 밀었다 당겼다 하는 것처럼 수정체를 앞뒤로 움직일 수 있음.
- 그 먼 옛날 나무위에서 생활하던 습성은 우리의 정신에 지워지지 않게 각인되어 있음. 사람들 사이에 가장 멀리 퍼져 있는 두려움 세가지는 어둠, 추락, 뱀에 대한 두려움임. 나무에 사는 동물에게 어둠은 위험을 뜻했음. 따뜻하고 안락한 둥지에 안전하게 있지 않다면 말이다. 어둠 속에서는 자신이 어디로 향하고 있는지 볼 수 없으며, 더군다나 우리의 초기 조상들은 시각에 깊이 의존. 그들은 야행성이 아니라 주행성, 즉 낮에 활동하는 동물이었음. 나무에 사는 종이 추락을 두려워하는 것은 당연함. 몇개월밖에 안된 아기도 본능적으로 높은 곳을 두려워함. 그리고 뱀은 우리 원숭이 조상들이 살던 높은 나무 위 둥지까지 올라올 수 있는 몇 안되는 포식자 중 하나였을 것이 분명함
- 천문학자들은 아주 흐릿한 별을 보려면 똑바로 쳐다보지 말아야 한다는 것을 예전부터 알고 있었음. 뱃사람들도 바다에서 흐릿한 빛을 볼 때는 이런 식으로 비껴보는 주변시 방법이 가장 낫다는 것을 알고 있었음. 중심와에는 색깔과 상을 구별할 수 있지만 간상세포보다 더 센 빛이 필요한 원추세포들만 들어있기 때문. 가장 약한 빛에도 아주 민감한 간상세포들은 중심와 주위에 분포해 있음. 그 간상세포들을 가장 잘 이용하려면, 눈이 대상을 똑바로 겨냥하지 않도록 해야 함. 어두운 밤하늘을 배경삼아 흐릿한 빛을 찾을 때는 간상세포가 가장 적합한데, 간상세포들은 중심와에는 없고 망막의 중심부 주변에 퍼져 있기 때문.
- 망막의 간상세포들을 로돕신 색소를 지니고 있음. 원추세포 세종류도 각각 다른 색소를 지니고 있음. 파랑에 민감한 시아노라베, 초록에 만감한 클로로라베, 빨강에 민감한 에리스로라베가 그것임. 로돕신을 비롯한 이런 색소들이 빛을 흡수하면 화학적 변화가 일어남. 로돕신은 옵신이라는 단백질과 레티날이라는 색소체 분자가 결합된 것. 로돕신의 색깔은 레티날에서 나옴. 로돕신은 시홍이라고도 불림. 레티날은 비타민 A에서 만들어짐. 비타민 A가 부족한 식사를 하면 시력이 약해져 고생함. 빛이 눈에 닿으면 로돕신이 레티날과 옵신으로 분해됨. 이런 광화학적 변화는 시신경 세포에 전기신호를 일으키고 뇌는 섬광처럼 빠르게 그 신호를 받음으로써 빛이 있다는 것을 감지. 세포는 체열 반응 에너지원으로 이용해서 레티날과 옵신을 재생시킴. 재생 작업은 어두운 곳에 있을 때 훨씬 더 잘 이러우짐. 어둠 속에서는 재생과정과 경쟁하는 로돕신의 광화학적 분해작용이 일어나지 않기 때문. 빛이 있을 때에도 로돕신은 망막세포들에서 끊임없이 재생되고 있지만, 동시에 빛 에너지가 다른 로돕신 분자들을 계속 분해하고 있음. 시각을 계속 쓸수 있으려면 로돕신의 양이 충분히 유지되는 역동적 균형상태가 이루어져야 함. 우리는 눈이 피로해지면 눈을 잠시 감고 있으려는 경향을 보임. 이런 본능적 행동은 더 많은 로돕신이 생성될 시간을 줌. 잠은 다른 용도도 있지만, 몸이 내일을 위해 로돕신을 재생시키기 위해 쓰는 방법이기도 함.
- 그런 사람들과 섞여 살았던 모든 사람들이 눈여겨본 사냥꾼의 삶에 관한 사실은 사냥이 재미 있따는 것이다. 사냥꾼들은 자기 일에서 즐거움을 얻는다. 인류는 오랜 기간 사냥꾼으로 있었고, 우리의 생리조건도 이런 삶에 맞게 조정되어 있다. 남성이 한번에 하루나 이틀씩 집을 떠나 있다면, 정자세포들이 축적될 시간이 생기므로 번식의 관점에서도 가장 낫다. 사냥은 이렇게 잠시 집에서 벗어날 기회를 준다. 사냥은 전신을 훈련시킨다. 그런 직업은 찾기 쉽지 않다. 사냥에서는 예리한 시력이 중요하다. 사냥에서는 멀리 볼 수 있는 것이 큰 자산이다. 경작과 비숙련 노동은 손을 추하게 만들고 굳은살이 박이게 하지만, 사냥은 손의 근육과 조직을 적절히 발달시킨다. 또 사냥에서는 신속하게 결정을 내리고, 재빨리 행동하고, 팀을 짜서 행동하는 능력이 중요하다. 복종심과 지도력을 계발하는 데 이보다 더 나은 학교는 없다. 용기도 사냥의 필수 요사다. 특히 다른 동료를 구하기 위해 기꺼이 죽음을 무릅쓰는 인간적 용기가 그러하다. 남성은 사냥에 적합하고 사냥을 위해 선택된 존재이다. 낮 시간을 원하는 대로 골라 쓸 수 있는 부유한 남성들은 사냥을 좋아한다. 훌륭한 사냥꾼은 늘 예기치 않은 상황을 이용할 태세를 갖추고, 언제나 경계상태에 있다. 그는 끊임없이 새로운 것을 추구한다. 우리 사회에서 취미도 휴가도 필요없이 자신의 일에서 재미를 느끼는 남성들은 고고학자와 인류학자를 비롯한 과학자들과 연구자들, 즉 사냥정신을 새로운 분야로 갖고 간 사람들이다 (인간 이야기, 칼턴 쿤)
- 인간의 송과선은 빛을 감지하지는 않지만, 눈의 망막에서 온 신호들을 받는다. 그 결과 뇌는 두개의 광학체계를 지니게 된다. 하나는 우리가 익히 알고 있는 시각을 위한 것이고, 다른 하나는 송과선을 자극하는 것이다. 송과선은 멜라토닌이라는 호르몬을 분비. 멜라토닌은 여러가지 일을 하는데, 그중 하나가 생식샘에서 호르몬, 즉 남성의 테스토스테론과 여성의 에스트로겐이 분비되지 못하도록 억제하는 것임. 식물의 개화를 통제하는 과정과 마찬가지로, 송과선도 빛이 아니라 어둠에 자극받아 멜라토닌을 만들어냄. 멜라토닌이 성호르몬의 생산을 억제하므로(배란도 억제), 빛이 욕정의 적이라는 셰익스피어의 말은 잘못된 것이 아님. 빛은 멜라토닌의 생산을 억제함, 멜라토닌은 우리의 성욕을 억제함
- 다른 대다수 그리스 자연철학자들과 마찬가지로 아리스토텔레스의 사상도 근본적으로 잘못된 두가지 인식에 바탕을 두었기 때문에 결함을 갖게 되었음. 첫째, 그리스인들은 이상주의자 경향이 있었음. 즉 그들은 세계가 마땅히 그래야 한다는 철학적 이상을 설정한 다음, 그 이상에 맞춰 현실세계의 현상들을 설명하려 애썼음. 한 예로 그들은 이곳 아래에 있는 우리 세계는 대단히 불완전한 반면, 하늘에 있는 모든 것들은 완벽하다고 믿음. 따라서 행성들은 원궤도를 돌고 있는 것이 틀림없었음. 원이 기하학적으로 완벽한 모양이기 때문. 이런 기본 개념은 천문학의 발전을 2천년 넘게 지체시킴. 17세기 초가 되어서야 요하네스 케플러가 나타나 행성들이 타원궤도를 돈다는 것을 입증. 이렇게 하늘에서 불완전함이 발견됨으로써, 지상에서 급격하고 엄청난 과학적 발전이 이루어질 길이 열리게 됨. 그리스 사상의 두번째 결함은 사상가들이 자신들의 생각을 실험을 통해 검증하지 않았다는 점. 대개 그리스 철학자들은 자신들의 이론을 상세히 설명한 다음, 그것을 놓고 논쟁을 벌임. 그들은 자신들의 이론이 현실세계에서 실제 벌어지는 일들에 비춰 타당한지 여부를 실험하려 들지 않음. 심지어 아르키메데스도 자신이 기계장치들을 발명한 것을 체면이 깎이는 일이라고 여김. 관념이 물리적 대상보다 더 현실적이라고 가르친 플라톤의 영향을 지나치게 받았기 때문인지 몰라도, 그리스인들은 관념을 중요하게 여겼음. 손을 더럽히는 것은 신분이 높은 철학자가 아니라 노예가 하는 일이었음.
- 유화에서는 대개 아마씨 기름을 액체로 쓰는데, 이 기름은 캔버스에서 마르면서 칠해진 색소 입자들을 덮는 보호막을 형성. 색소입자들은 기름이 마른 뒤에도 기름 속에 계속 섞여 있음. 즉, 캔버스 위에 편평하게 놓여 있지 않음. 색소 입자들은 케이크에 든 건포도처럼 마른 기름 속에 얼어붙은 상태로 있음. 그 그림에 빛이 닿으면, 이 떠있는 색소들은 빛을 반사함. 그럼으로써 유화의 질감이 나타남. 그림에 닿은 빛이 깊이가 다른 층들 위에 떠 있는 입자들에 반사되어 우리 눈에 들어오기 때문. 위대한 예술가들은 사람들이 입고 있는 옷의 천, 숙녀가 들고 있는 유리잔의 매끄러움, 작은 개의 털이 지닌 부드러움까지 느껴지게 할 수 있음.
- 사진술은 회화에 엄청난 영향을 미침. 오랜 세월 화가들은 눈으로 보는 것을 재현하기 위해 애써왔음. 그런데 이제는 셔터 한번 누르는 것만으로 초보 아마추어 화가가 만들어내고 싶어하는 것보다 더 믿을만한 장면을 재현할 수 있게 된 것. 화가들은 사실주의를 빼앗기고 말았음. 그들은 사실주의를 떠나 다른 영역으로 가야했음. 즉 다른 방향에서 예술에 접근해야 했음. 카메라가 사진 같은 사실주의 영역을 앗아가지 않았다면, 클로드 모네를 비롯한 인상파 화가들은 아마 그런 걸작을 그려내지 못했을 것임. 세잔, 반 고흐, 피카소, 그리고 그 뒤의 추상화가들은 카메라와 늘 경쟁하고 있는 세계에서 자신의 표현방법을 찾아야 했음.

 

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Posted by dalai
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