빛과 색

색

물체의 색은 모양과 더불어 사람이 바깥 세상의 사물을 알아보는 데 중요한 역할을 한다. 우리는 어떻게 색을 느낄 수 있을까? 물체가 고유의 색을 가진 것처럼 보이는 이유는 무엇일까? 물체에 빛이 비추어지는 상황에 따라 색이 달라져 보이는 것이나 빛이 없으면 색도 없어지는 것으로 보아 색은 빛과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.

아래 그림은 빨강, 노랑, 파랑의 색의 삼원색과 이들을 조합하여 만들어 낼 수 있는 색이다. 이 삼원색을 기본색이라 하고 이들이 1:1 조합되어 만든 색을 이차색, 이차색이 1:1로 조합된 색을 삼차색이라 한다. (이 단원의 본문에 있는 그림들의 색채는 모니터의 색상표현의 한계 때문에 근사적인 색상으로 표현될 가능성이 크다)

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색의 삼원색_ 빨강, 노랑, 파랑의 색의삼원색과 이들의 조합으로 만들어 내는 일차, 이차색이다.

빛의 분해

빛을 아래 그림처럼 프리즘에 비추거나 비온 뒤 무지개를 보면 빨주노초파남보의 7색으로 나누어 지는 것으로 보아 백색의 태양빛이나 불빛이 실은 그 속에 많은 색의 요소를 가지고 있음을 알 수 있을 것이다. 파동으로서의 빛이 파장이나 진동수에 따라 물질에서 빛의 속도가 다르기 때문에 프리즘이나 물방울에 의해 빛은 파장별로 분해가 되고 이로부터 파장이 바로 색을 결정한다고 할 수 있다. 물질의 굴절률이 파장(진동수)에 의존하는 것을 분산이라 한다.

분산을 이용한 프리즘으로도 빛의 파장을 측정할 수 있지만 빛의 회절을 이용한 회절격자로 파장을 더 정밀하게 측정할 수 있다. 회절각과 회절격자 틈 간격으로 파장을 표현할 수 있어 유리의 분산특성을 알아야 하는 프리즘의 경우보다 더 직관적이고 정확하다.

유리를 삼각기둥 형태로 만들어 빛를 비추면 파장에 따라 꺾어지는 각도가 달라 아래 왼편 그림처럼 무지개 색이 보인다. 이 프리즘은 유리의 빛의 분산 특성을 이용한 것이다.

회절격자는 무수히 많은 슬릿이 같은 간격으로 평행하게 배열되어 있어 파장에 따라 특정한 몇 방향으로 빛을 꺾어주게 된다

_ 빛의 분산_ 빛의 간섭_ 회절격자_ 진동수_ 프리즘_ 무지개_ 굴절률_ 슬릿_ 파동

가시광선

우리 눈은 빛의 파장에 따라 색을 다르게 인식하지만 파장이 일정한 범위를 벗어나게 되면 빛을 감지하지 못한다. 대체로 파장이 400nm~700nm 범위의 빛을 특정한 색으로 잘 느낄 수 있어 이를 가시광선이라 한다. 좁은 의미로서의 빛은 우리가 인지할 수 있는 가시광선을 말하고, 넓은 의미에서는 파장에 관계없이 전자기파 전체를 말한다. 가시광선은 약하게라도 느끼는 파장의 영역인 380nm~780nm으로 넓게 잡기도 한다.

가시광선의 파장범위는 아래 그림에서 볼 수 있는 것처럼 태양에서 나오는 흑체복사의 주요한 파장의 범위와 일치한다. 이는 태양이 지구의 생명체의 발생과 생명 유지의 원천이 된다는 사실과 밀접하게 관련되어 있다.

_ 흑체복사_ 전자기파_ 온도

색의 인식

색은 빛을 우리 눈이 인식한 결과로 나타난다.

우리 눈의 망막에는 추상체, 간상체라는 두 종류의 시세포가 있는 데 한낮의 밝은 상황에서는 추상체가 자극되어 색을 느낄 수 있지만 밤이나 어두운 조명에서는 추상체보다 더 감도가 뛰어나지만 색에 대한 식별력이 없는 간상체가 작용하여 흑백사진과 같은 영상을 느끼게 된다. 추상체 내에는 특정한 파장에 민감하게 반응하는 세 종류의 세포가 있어 각 세포에 걸리는 자극의 정도에 따라 색을 다르게 느끼게 되는 것이다. 아래 그림은 이 세 종류의 세포가 감응하는 파장의 범위와 감도를 나타내고 있다. R로 표현한 세포는 가시광선 전체에 걸쳐서 넓게 빛을 받아들이지만 대체로 붉은 빛에 속하는 580nm 주변을 더욱 강하게 받아 들인다. 한편 G는 노랑과 녹색을, B는 청색을 느낀다. R, G, B의 세 세포에 걸리는 자극의 강도가 달라지면 색을 다르게 느끼고, 실제의 스펙트럼이 다르다 하여도 세 자극의 자극이 같다면 같은 색으로 느낀다.

우리 눈의 망막에 있는 추상체의 R, G, B 세 세포가 인지하는 파장별 자극의 정도를 나타낸 그래프로서 이 세 자극 값에 따라 색을 다르게 느낀다.