빛의 뒤에서 (1)

[시간과 공간을 초월한 빅 히스토리, 코스모스]

 

이번 이야기 “빛의 뒤에서” 오신 것을 환영합니다.

코스모스의 역사와 규모는 빛으로 기록됩니다.

아름다움의 섭리, 별을 이루는 물질, 공간과 시간의 법칙.

 

이런 것들은 늘 존재했지만 우리는 볼 수 없었습니다.

그런데 아주 강력한 도구가 발명됩니다.

그 후 시작된 깨달음의 역사는 지금도 계속되고 있습니다.

 

다양한 시대와 장소의 영웅들이 그 역사를 이끌었습니다.

고대 중국의 철학자, 11세기 이라크의 통치자들을 놀라게 한 마법사, 노예처럼 비참하게 살던 가여운 독일 고아.

이들 모두가 빛이 감추고 있는 비밀들을 밝히는데 기여했습니다.

 

그들 대부분의 이름을 우리는 모릅니다.

 

 

 

하지만 먼 옛날 어딘가에서 누군가는 빛이 마술을 부리는 광경을 목격했을 겁니다.

그 빛의 장난에 영감을 받아 최초의 화가가 탄생했을지도 모릅니다.

 

이 모든 게 어디서 왔을까요?

작게 무리 지어 떠돌며 수렵 채집을 하고 별빛 아래서 잠들던 인류가 어떻게 현대 문명을 이룩했을까요?

이 발전의 비결은 뭘까요?

답은 여러 가지입니다.

기후변화와 불을 이용하는 기술, 도구 발명, 언어, 농업 등 다양한 원인이 있습니다.

그 뿐만이 아닙니다.

 

2000년 하고도 수백 년 전의 일입니다.

중국에서 묵자(墨子)라는 철학자가 빛이 가물거리는 닫힌 보물방에 대해 알아냈다고 합니다.

최초의 카메라를 묘사한 말입니다.

 

 

위 그림은 영상을 촬영한 카메라를 포함해 상을 형성하는 모든 카메라의 원형인 암상자입니다.

빛의 이런 신기한 능력을 이용해 최초의 영화를 할 수 있는 것이 탄생합니다.

빛의 대가인 묵자는 모든 종류의 어둠에 대항했습니다.

 

군사 규제로서 폭력을 막는 데 자신의 재능을 사용했습니다.

그는 전국 시대의 제후국들을 돌아다니며 기발한 지략으로 왕들을 설득해 전쟁을 말렸다고 합니다.

묵자는 박애를 꿈꾸고 빈곤을 비롯한 모든 불평등의 근절과 민정을 위한 정보를 추구한 선구자였습니다.

 

묵자는 관습과 권위를 맹신하는 것에 반대했습니다.

그의 글에서는 과학적 사고의 태동을 볼 수 있습니다.

묵자 시대에 중국은 이미 천년 이상 그들의 사상을 기록해오고 있었습니다.

 

하지만 묵자의 기록은 단편적입니다.

주로 묵자와 제자들의 사유와 논쟁을 담은 기록입니다.

묵자가 운명론을 비판하는 '비명(非命)' 편에서 제시한 모든 견해를 판별하는 세 가지 기준은 '삼표(三表)'라고 합니다.

본(本, 역사적 경험): 위로는 옛 성왕(聖王)의 역사적 사실과 업적에 근본을 둡니다.
원(原, 현실성 및 경험): 아래로는 백성들이 직접 보고 들은 현실의 실제 경험과 상식에 근거합니다.
용(用, 민주성과 실용성): 형벌과 정치에 적용하여 국가와 백성(인민)의 이익에 실제로 부합하는지 살핍니다.

묵자는 어떠한 주장이나 이론이 옳고 그름을 판단하기 위해 반드시 객관적인 세 가지 표준(기준)을 거쳐야 한다고 보았습니다.

 

일반인들의 눈과 감각으로 확인할 수 있는 것인가?

현실에 어떻게 적용되는 것인가?

최대 다수에게 이익이 되는 내용인가?

묵자는 인기 있는 사상가였지만 그가 세상을 떠나고 몇 백 년 후 진시황이 중국을 최초로 통일하며 권력을 차지합니다.

중국의 영어 명칭인 차이나는 중국의 첫 통일 왕국인 진(晋)에서 비롯되었습니다.

진시황의 무덤을 지키는 점토를 구워 만든 칠천 병사는 세계적으로 유명합니다.

 

진시황은 거대한 제국을 굳건히 할 목적으로 영토 내에 모든 것을 표준화하는 극단적인 조치를 취합니다.

한 가지 화폐만 쓰도록 하고 모든 도량형은 물론 수레와 길의 너비까지 통일하고 중국어를 기록하는 정확한 방식을 지정했습니다.

게다가 저술과 사상까지 제한합니다.

 

진시황이 허용한 유일한 철학은 법과 사상입니다.

내용은 말 그대로입니다.

법대로 하라는 겁니다.

 

무섭지요.

본의의 의문을 품는데 도움이 되는 사상은 아닙니다.

 

제자백가{諸子百家, 고대 중국 춘추전국시대(기원전 8세기~기원전 3세기)에 사회적 혼란을 극복하기 위해 다양한 사상과 해결책을 제시했던 여러 학자(제자)와 수많은 학파(백가)를 통칭하는 말입니다}사상이 담긴 책은 모두 불태웠습니다.

역사를 이용해서 현 체제를 비판하는 자는 그 일족을 멸하였습니다.

사상 초유의 분서갱유(焚書坑儒, 진나라의 진시황이 사상과 언론을 통제하기 위해 책을 불태우고 유학자를 파묻어 죽인 사건)입니다.
이 사건으로 묵자와 공자 등 수많은 철학자들의 조사가 파괴됩니다.

 

일부 학자들은 용감하게 맞서 금서들을 지키려다 생매장을 당했습니다.

과학은 표현의 자유라는 빛을 필요로 합니다.

두려움 없이 권위를 의심할 수 있고 대화가 자유로워야 합니다.

 

묵자와 그 제자들의 저술에 담긴 호기심의 불꽃은 짓밟혀 버렸습니다.

다음 영화가 나오기까지 천년이 걸립니다.

하지만, 전편에서도 만들어졌던 시공을 넘나드는 상상의 우주선이 우리를 어디로든 데려갈 수 있습니다.

 

고대 중국인과 그리스인들은 빛의 신기한 힘을 발견했지만 어린아이들과 천재들이 좋아하는 그 질문은 아무도 하지 않았습니다.

왜?

그런데 천년 전이었습니다.

이라크의 바스라라는 도시에 또 다른 빛의 대가가 살았습니다.

 

이브날 하이삼(Ibn al-Haytham. 은 11세기 이슬람 황금기를 이끈 위대한 과학자이자 학자로, 자연과 빛의 원리를 이해하고자 하는 열망을 바탕으로 현대 광학과 현대적 과학 방법론의 기초를 다졌습니다) 에게는 자연을 이해하고자 하는 열망이 있었습니다.

 

그는 특히 모두가 당연하게 여기는 것들에 궁금증을 품었습니다.

시각의 원리도 그 중 하나였습니다.

 

그보다 앞선 시대의 권위자들은 눈에서 나온 광선이 우리가 보는 사물로 갔다가 다시 눈으로 돌아오는 거라고 가르쳤습니다.

하지만 별들은 너무 멉니다.

알하이삼은 눈에서 나온 무언가가 눈 깜짝할 사이에 별까지 갔다 올 수는 없다고 생각했습니다.

 

훌륭한 추론이지만 그는 거기서 멈추지 않고 자연의 비밀을 파헤칠 방법을 찾기 시작합니다.

당시는 새로운 생각과 질문을 마음껏 펼칠 수 있었던 이슬람 세계의 과학 황금기였습니다.

이슬람 세계는 스페인의 코르도바에서 중앙아시아의 사마르칸트까지 뻗어나갔습니다.

 

바그다드와 카이로 등 각국 수도의 연구소들에서 기독교와 유대교 학자들은 귀빈 대접을 받았습니다.

통치자인 칼리프(아랍어: خليفة, 칼리프는 움마와 이슬람 제국을 이끌었던 최고 종교·정치 지도자를 뜻하는 칭호)들은 책을 태우기는 커녕 책을 구하려고 전 세계에 특사를 보냈습니다.

칼리프들은 문헌을 번역하고 연구 보존하는 데 아낌없이 자금을 냈습니다.

 

그런 노력이 없었다면 그리스 과학의 많은 부분이 빛을 잃었겠지요.

이슬람 학자와 과학자들이 오랜 세월 보살핀 불꽃은 수백 년 후 유럽에서 또 한 번 과학에 대한 각성에 불을 붙입니다.

또 아랍인들은 인도에서 서양으로 사상을 전했습니다.

 

오늘날 우리 모두가 사용하는 아라비아 숫자도 포함됩니다.

거기엔 0이라는 개념도 있습니다.

수십 억을 적고 싶을 때 유용한 숫자입니다.

 

아랍 천문학자들의 영향력이 지대하여 많은 항성에 아랍식 이름이 붙여졌습니다.

또한 알고리즘, 연금술을 뜻하는 알케미, 알콜. 이런 단어들의 알은 한때 아랍어가 과학의 언어였음을 보여 줍니다.

 

11세기 알하이삼은 빛과 시각에 대한 자신의 생각을 시험합니다.

그는 빛이 움직이는 방식을 알아보기로 했습니다.

한낮에 천막을 세우고 햇빛을 차단한 채 안으로 단 한 줄기의 빛만 들어오게 했습니다.

 

알하이삼은 자신의 지능과 나무자 하나만 가지고 과학의 역사에서 큰 진보를 이룩했습니다.

빛이 직선으로 움직이는 걸 알아냈습니다.

그건 시작에 불과했습니다.

 

알하이삼은 눈이나 암상자가 상을 형성하는 비결도 알아냈습니다.

그건 어두운 공간으로 들어오는 빛을 제한하는 작은 틈이었습니다.

그 틈은 불필요한 광선이 일으키는 혼란을 차단합니다.

 

틈이 작을수록 빛이 들어올 수 있는 방향은 줄어들고 상은 더 선명해집니다.

그 덕에 우리는 빛에 눈이 모는 대신 빛이 보여주는 모든 걸 봅니다.

칼리프들은 알하이삼이 만든 암상자를 보고 크게 감탄했습니다.

 

암상자는 빛이 밝을 때 제대로 기능합니다.

밤하늘의 별은 너무 어둡습니다.

따라서 빛이 들어올 틈을 넓히는 한편 초점도 유지해야 합니다.

 

망원경은 시야의 모든 방향에서 빛을 모을 수 있습니다.

암상자의 구멍보다 훨씬 큰 렌즈나 거울 전면으로 빛이 들어옵니다.

이건 초기의 망원경입니다.

 

1609년 갈릴레이가 들여다봤던 망원경입니다.

그는 이 망원경으로 무거운 밤의 장막을 걷고 코스모스를 발견하기 시작합니다.

망원경의 렌즈는 빛을 모으는 집광 면적이 우리 눈보다 훨씬 넓습니다.

 

작은 양동이보다 큰 양동이가 빗물을 더 많이 모으는 것입니다.

현대 망원경은 엄청난 집광 면적과 고감도 감지기를 갖추었고 한 물체를 몇 시간 씩 추적하며 그 물체의 빛을 최대한 축적합니다.

버블망원경 같은 우주 망원경들은 아주 멀고 오래된 은하들의 빛을 포착해 선명한 우주 사진들을 세상에 보여줬습니다.

 

빛의 놀라운 비밀을 알아낸 것도 대단하지만 정말 위대한 업적은 알하이삼이 과학의 규칙을 처음으로 정립했다는 사실입니다.

이른바 오류 정정 방식으로 사고 과정의 오판을 걸러내는 체계적이고 엄격한 규칙입니다.

진리를 찾는 일은 어렵습니다.

 

그 길은 험난합니다.

진리를 추구하는 사람으로서 여러분은 판단을 자제하며 고대 문헌을 덮어놓고 믿어서는 안 될 것입니다.

늘 의문을 품고 모든 각도에서 비판적으로 검토해야 합니다.

 

다른 사람의 입에서 나오는 말이 아니라 오직 논증과 실험에만 굴복해야 합니다.

사람은 누구나 결함을 가진 불안전한 존재이기 때문입니다.

진리를 추구하는 사람으로서 우리는 연구하는 동안 스스로의 생각에도 의심과 의문을 품어야 합니다.

 

그래야만 편견이나 부주의한 사고에 빠지는 일을 피할 수 있습니다.

그 방침을 따르면 여러분 앞에 진리가 드러날 겁니다.

그것이 과학적인 방법입니다.

 

그 효과는 우주선을 태양계 끝과 그 너머까지 보낼 정도로 강력합니다.

그 방법은 우리 수명을 두 배로 늘리고 아득한 과거를 보여줬습니다.

과학을 통해서 우리는 먼 미래를 예측합니다.

 

저와 여러분처럼 빛의 속도로 서로 통신을 할 수도 있습니다.

알하이삼도 과학적 사고가 인류에 부여한 힘을 믿기 힘들 겁니다.

하지만 그가 우리를 이 험난한 길로 이끌었습니다.

 

그 길은 이제 우리를 빛조차도 어둠에 뒤덮인 곳으로 데려왔습니다.

빛의 속성은 인간 영역에 존재하는 그 어떤 것과도 다릅니다.

속도부터 다릅니다.

 

빛의 기본 입자인 광자는 원자나 분자에서 방출되는 순간 광속으로 이동합니다.

광자는 다른 속도는 모릅니다.

속도가 없는 상태에서 즉각 전속력으로 가속할 수 있는 건 빛 뿐입니다.

 

빛만큼 빠른 건 없습니다.

다른 입자는 광속에 가깝게 가속할수록 점점 무거워지듯 저항이 커집니다.

입자를 광속으로 이동하게 하는 실험은 아직까지 고안되지 않았습니다.

 

무엇일까요?

무슨 소리입니까?

아무튼 우리는 빛처럼 움직이는 건 본 적이 없습니다.

빛의 기이한 속성은 제가 느끼는 것과 전혀 일치하지 않습니다.

측정 장치가 아무리 정확한 현실을 알려줘도 감각을 믿으려는 충동은 압도적입니다.

 

우리 감각은 포유동물의 속도로 움직이는 사물을 감지하는 데는 문제가 없지만 빛의 속도는 역부족입니다.

광속이 우주 제한 속도인 이유도 모릅니다.

빛의 속도로 이동하면 시간이 멈춥니다.

 

빛은 대체 뭘까요?

아이작 뉴턴은 어릴 때부터 빛의 흥미를 가졌습니다.

바로 이 집에서였습니다.

20대 초반의 나이에 뉴턴은 무지개의 수수께끼를 최초로 해결합니다.

 

뉴턴은 흰색인 햇빛이 무지개의 모든 색의 혼합물임을 알게 됐습니다.

 

중대한 발견이었습니다.

뉴턴은 그 색의 배열에 라틴어로 유령이나 환영을 뜻하는 스펙트럼이란 이름을 붙입니다.

 

빛에는 훨씬 더 놀라운 게 숨어 있답니다.

코스모스로 통하는 열쇠입니다.

무수히 많은 것을 발견한 아이작 뉴턴이지만 숨은 우주로 통하는 문은 그냥 지나쳐 버렸습니다.

 

그 문은 그 150년 간 굳게 닫힙니다.

1,800년, 한 과학자가 우리를 둘러싼 보이지 않는 세계들에 대한 단서를 우연히 발견할 때까지요.

월리엄 허셜은 밤에는 당시에 가장 큰 망원경으로 하늘을 보고 낮에는 실험을 했습니다.

 

햇빛이 다양한 색의 혼합물인 건 뉴턴이 밝혀냈고, 햇빛이 따뜻하다는 건 누구나 경험으로 알고 있는 사실이었습니다.

허셜은 햇빛의 특정한 색이 열기를 더 많이 지니는지 궁금했습니다.

천재 과학자들의 특징입니다.

 

사람들이 당연시하는 것에 의문을 품고 실험을 해보는 겁니다.

허셜이 스펙트럼 밖에 배치한 온도계는 통제 표본입니다.

통제 표본에서는 시험 대상이 되는 요인을 제외합니다.

 

시험 대상이 관측 결과에 영향을 미친 요인인지 알아내는 방법입니다.

허셜은 색과 온도의 관계를 알아보는 실험을 했습니다.

따라서 백지에서 햇빛이 전혀 비치지 않는 부분에 있는 온도계가 허셜의 통제 표본입니다.

 

또 그 소리네요.

무슨 소리일까요?

붉은 빛이 푸른빛보다 따뜻합니다.

흥미롭지만 획기적인 발견은 아닙니다.

 

1. 빛의 전환 온도계의 고장이 아닙니다.

허셜은 방금 새로운 빛을 발견한 것입니다.

빛을 최초로 찾아 냈습니다.

그래서 그 빛을 적외선 이라고 합니다.

붉은색 바깥에 있는 광선 이라는 뜻입니다.

우리 눈은 그런 종류의 빛을 볼 수 없지만 피부는 그 열을 느끼죠 굉장한 발견이지만 빛은 아직 훨씬 더 큰 비밀을 찾지 못했습니다.

감추고 있습니다.

 

윌리엄 허셜이 영국의 집에서 적외선을 발견할 무렵 요제프 폰 프라운호퍼라는 소년는 고되고 단절한 일상의 허덕이었습니다.

그는 가마솥 앞에 서서 유독성 화학물질을 끝없이 저어야 했습니다.

11살에 고아가 된 프라운호퍼는 어린 시절 왕실 거울 제조업자인 바이셀 베르거의 공장에서 일하게 되었습니다.

그는 프라운호퍼가 학교에 다니지 못하게 했습니다