신비스러운 무지개

무지개는 오랫 동안 사람들을 매혹시켜 왔지만 사람들은 그것이 지닌 신비함 때문에 번번히 어리둥절하지 않을 수 없었다.

왜 무지개는 비가 온 후에만 나타나는 것일까? 왜 어떤 무지개는 다른 것보다 색깔이 많을까? 무지개를 향해 걸으면 왜 그것이 달아나는 것처럼 보일까? 당신은 알고 있는가?

자기네들이 이해하지 못하는 것은 무조건 두려워했던 많은 고대인들이 그 아름다운 무지개를 적의의 세력, 혹은 “불운”으로 보았다. 어떤 사람은 무지개를, 물을 다 삼켜버려서 비를 못 오게 하는 큰 뱀(혹은 다른 동물)이라고 생각했다. 허나 이러한 견해는 무지개에 관한 최초의 기록과 완전히 대조를 이룬다.

최초의 무지개

세상에서 가장 오래된 역사 책인 성서는 최초의 무지개에 대해 설명해 주며 그후 무지개가 계속 나타나는 이유를 설명해 준다. 하나님께서는 세계적 홍수의 생존자인 ‘노아’와 그의 가족에게 “다시는 물이 모든 혈기 있는 자를 멸하는 홍수가 되지 아니할” 것이라는 약속, 즉 언약을 맺으셨고, 이 언약의 증거로서 “내가 내 무지개를 구름 속에 두었나니 이것이 나와 세상과의 언약의 증거니라.”고 ‘노아’에게 말씀하셨다. (창세 9:8-16) 인간에게 하나님의 약속을 상기시키는 얼마나 훌륭한 방법인가!

어떤 사람은 성서가 여기에서 실제로 무지개가 최초로 나타난 것을 묘사한 것이 아니라 그때로부터 무지개의 존재에 하나의 새로운 의미가 부과된 것뿐이라고 주장한다. 그러나 성서는 무지개가 바로 그때 소개된 것이라고 말한다. 분명히 대홍수 전의 대기의 조건에서는 무지개가 형성될 수 없었을 것이다. 심지어 오늘날도 무지개가 나타나기 위해서는 특정한 대기의 조건이 돼 있어야 한다.

비록 성서의 설명이 간단하기는 하나 그것은 무지개의 이유를 알려 주고 있다. 믿음의 사람들은 오늘날까지 거기에서 하나님이 아직도 인간을 사랑하신다는 보증을 얻고 있다.

이해하려는 노력

무지개의 형성 원리를 연구하기 시작하면서부터 사람들은 그 신비에 대해 여러 가지 상반된 주장을 제시하였다. 참으로, “무지개를 잡으려던” 사람들이 발만 부르트게 된 예가 매우 많았던 것이다!

옛날에 무지개를 탐구했던 희랍의 철인 ‘아리스토텔레스’는 고르지 않은 구름 방울의 표면에 빛이 반사되어 무지개가 형성된다고 생각했다. 그는 더 나아가서 무지개가 단지 세 개의 색깔로 되어 있다고 주장했는데, 그것은 여러 세기 동안 그 문제에 관한 과학계의 지배적 이론이 되었다. 그러나 그의 설명은 여러 가지 의문을 해결해 주지 못하였다.

“쌍 무지개”가 나타나면 또 난처한 문제가 생겼다. 만약 무지개가 단순한 반사광이라면 바깥 쪽 무지개의 색띠가 안쪽 무지개와 정반대로 나타나는 이유는 무엇일까? 이 문제와 기타의 점들에 관한 여러 가지 이론들이 무의미하게 되자 학자인 ‘로저 베이콘’은 “철학자들 중 아무도 무지개에 관해서는 몰랐었다는 것이 분명하다”고 말하였다.

17세기 불란서의 과학자 ‘르네 데카르트’는 ‘그렇지 않다’고 대답했다. 그는 복잡한 수학 계산을 사용하여 무지개의 형성에 필요한 각도를 나타낸 도표를 내 놓았다. 그는 자기 이론을 이해하는 사람은 무지개의 원인을 “쉽게 이해”할 것이라고 뽐냈다. 그러나 ‘브루클린’ 대학의 한 수학 교수는 “그가 무지개와 관련된 모든 문제를 다 해결한 것은 아니다.”라고 말했다. 예를 들면, 그는 색깔의 형성과 쌍무지개를 정확히 설명하지 못했다.

그리고 나서 67년 후 ‘아이삭 뉴우톤’은 「광학」이라는 책을 출판했는데 거기에서 태양 빛은 여러 가지 색으로 분리될 수 있으며 그리하여 단지 빗방울이 그 색들을 분리시키는 것이라고 정확히 말했다. 이 일 후 “이젠 다 설명되었다”고 일반적으로 가정되었다. 그러나 정말로 무지개의 신비가 풀렸는가? 많은 사람들은 그렇게 생각했다. 그러나 때때로 생기는 무지개들은 인간이 만든 법칙에 복종하기를 거절했다.

드디어 과학자들은 빛이 음파와 비슷한, “파동”으로 되어 있다고 믿기 시작했다. 1858년판 「브리타니카 백과사전」은 이 설명에 따라 다음과 같이 결론지었다. “드디어 우리는 이 문제[무지개의 형성]를 완전히 이해한다고 믿게 되었다.” 사실상, 지나치게 과신한 나머지 빛에 관해서 그 당시 세워진 견해를 일반적으로 “완전한 이론”이라고 불렀던 것이다. 그러나 새로운 실험에 의해 그 “완전한 이론”은 마침내 “최초의 근사한 이론”으로 변해버렸다.

현재의 견해

물론 수백년 간의 연구로써 과학자들은 신비한 무지개의 형성에 관해 얼마의 놀라운 설명을 하게 되었다. 기본적으로 현재의 견해는, 해가 뒤에 있고 비가 앞에서 내릴 때 무지개가 보인다는 것이다. 태양 광선이 실제로 몇가지의 색깔을 낼 수 있음을 기억하고 태양 광선이 어떤 특정한 각도로 빗방울에 비쳤을 때 무슨 일이 일어날까를 생각해 보라.

광선이 둥근 빗방울의 바깥 면에 비칠 때 광선은 구부러지며(굴절됨) 여러 가지 다른 색(광선의 파장에 따라)으로 분리된다. 그리고 나서 이 분리된 광파는 빗방울의 저쪽면을 비추고는 되돌아(반사)온다. 빗방울을 떠나올 때에 광선은 더욱 굴절된다.

이것이 어떻게 무지개의 모든 색깔을 만드는가? 현재의 이론은 우리가 보는 매 색깔은 어떠한 각도로 우리의 눈에 도달한 광선에 의해 형성되며 그 색깔의 각도는 변함이 없다는 것이다. 예를 들면 제일 위의 것은 빨강 색인데, 왜냐 하면 빗방울의 그 부분은 우리 눈에서 약 42도가 되기 때문이다. 우리 눈이 빨강 광파를 포착하는 것이 바로 그 각도인 것이다. 빨강 색 밑의 다른 여섯 가지의 색들(주황, 노랑, 초록, 파랑, 남, 보라)은 42도보다 약간씩 더 적은 각도에서 생긴다.

그러면 왜 쌍무지개가 뜰 때는 더 높은 곳에 있는 것은 빨간색이 아래이고 보라가 위로, 즉 반대로 나타나는가? 그것은 이렇게 설명된다. 즉 태양 광선이 우리 눈에서 약 51도 각도로 내리 비칠 때는 물방울 밑으로 들어와 내부에서 두번 반사를 하는 것이다.—바꾸어 말하면 광선이 빗방울에서 나오기 전에 안에서 두 번 튀어오른 것이다. 이렇게 두번 반사되므로 높은 쪽의 무지개 색깔은 아래쪽의 무지개 색깔과 꼭 반대순으로 나타나는 것이다.

어떤 때는 다른 때보다 왜 색깔을 더 많이 볼 수 있는지에 대해서는 1972년 「사이언스 다이제스트」 2월호에서 다음과 같이 알려 준다. “무지개 색깔의 수와 그의 상대적 너비는 빗방울 크기에 따라 다르다.” 그러나 또 다른 요인이 있는데—바로 나 자신인 것이다. 빗방울과 특정한 각도를 이룰 때만 무지개가 보이므로 사실상 그것은 “당신”의 무지개라고 할 수 있다.—즉 당신의 개인적인 것이다. 그러니 당신에게는 붉은 빛을 반사해 준 그 똑같은 빗방울이 당신 바로 몇 ‘피이트’ 옆에 서 있는 다른 사람에게는 노란색이나 푸른색을 반사해 줄 수 있는 것이다.

따라서, 이것은 당신이 움직일 때 무지개도 “움직인다”는 것을 뜻한다. 즉 당신이 무지개를 향해 걸어가면 당신이 본 처음의 무지개를 형성한 빗방울의 위치를 지나가는 것이며, 쳐다 봐도 머리 위에서 무지개를 볼 수 없다. 그것은 이제 각도가 달라졌기 때문이다. 당신이 아직도 멀리서 무지개를 볼 수 있는 것은 새로운 위치에서 적당한 각도로 새로 형성된 무지개를 보는 것이다. 어리석은 꿈을 꾸는 자를 “무지개를 잡으려는” 것으로 묘사한 옛말이 얼마나 정확한가!

이와 같이 우리는 인간이 이 커다란 빛의 활에 대해 점차적으로 알게 되었음을 알 수 있다. 그러나 이것은 이 신비한 이야기가 완전히 설명되었음을 뜻하는가?

신비는 아직도 남아있다

“그렇게 수백년 간이나 연구했는데 뭐가 또 남아 있단 말인가?”라는 것이 금세기 초의 일반적 견해였다. 많은 사람들에게 “빛과 광학에 관한 이론은 완성되고 완전한 것처럼 보였다.” 그러나 다시 의문이 제기되었는데 이번에는 무지개의 바로 기초인 빛에 관해서였다. 실험에 의하면 태양 광선은 때때로 “파동”이 아니라 입자(물질의 조그만 알맹이)처럼 작용한다. 이것은 빛의 그렇게 많은 작용을 성공적으로 설명했던 “파동설”을 뒤집어 놓았다.

더 많은 연구로써 이제는 빛이 광자(光子)라고 불리우는 입자로 구성되었으며 작용에 있어서는 “동시에 파동 같고 입자 같은” 행동을 한다는 다른 이론이 또 나왔다. 결국 우리는 하나님께서 3,000여년 전에 ‘욥’에게 “광명이 어느 길로 말미암아 뻗치느냐?” 하고 질문하신 것에 대해 인간은 아직도 충분히 대답할 수 없음을 겸손히 인정해야만 할 것이다.—욥 38:24.

그러나 빛의 본질 자체만이 무지개의 신비를 푸는 데 남아있는 수수께끼가 아니다. 「무지개」라는 책은 “무지개를 이해하는 면에 있어서 알려진 것은 거의 없다.”라고 말한다. 그렇다. 아직도 인간의 눈과, 특히 색깔을 보는 점과 관련해서 배워야 할 것이 너무나 많은 것이다.

확실히 무지개의 도전은 여전히 남아 있다. 그리고 우리가 ‘하늘의 활’을 평화의 상징으로 보든지 혹은 그 구조의 신비를 연구하든지 간에 그것의 고안자에게 경의를 표할 이유는 충분히 있는 것이다. 교묘히 달아나는 무지개를 아무도 잡을 수 없다는 말은 여러 가지로 사실인 것이다!

[21면 도해]

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태양 광선

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