꽃을 비롯하여 모든 물질은 빛을 받으면 그 물체의 고유한 색을 나타낸다. 그런데 햇빛은 원래 하얀 색이다. 하얀 색의 빛을 비추었는데, 빨간 색으로 나타내기도 하고, 핑크 빛 또는 녹색으로 보이기도 하는 이유는 무엇일까?
 

빛이 물체를 비추면

  빛이 물체에 도달할 때, 반사하거나 흡수하기도 하고, 그냥 물체를 통과가기도 한다. 우리가 선글라스를 들고 보면 선글라스에서 반사되는 빛을 보게 되고, 선글라스를 끼고 물체를 볼 때는 물체에서 반사하여 선글라스를 투과하는 빛을 보게 된다. 그리고 선글라스를 끼고 물체를 볼 때, 좀 어둡게 보이는 것은 어느 정도의 빛을 선글라스가 흡수하기 때문이다. 우리 주변의 모든 물질은 빛을 투과하는 정도에 따라 투명한 물체, 반투명 물체, 불투명 물체로 나눌 수 있다.

  그림 (a)와 같이 물체 반대편에 있는 사람의 얼굴이 그대로 비추이는 물체를 투명 물체라고 한다. 사람의 얼굴에서 반사한 빛이 손에 들고 있는 물체를 거의 통과하여 우리 눈으로 들어오기 때문이다. 그림 (b)와 같이 물체 반대편에 있는 사람의 얼굴이 희미하게 비추이는 물체를 반투명 물체라고 한다. 사람의 얼굴에서 반사한 빛이 손에 들고 있는 물체를 통과하면서 많은 양이 사방으로 흩어지기 때문이다. 그림 (c)와 같이 반대편에 있는 사람의 얼굴이 전혀 보이지 않게 하는 물체를 불투명 물체라고 한다. 사람의 얼굴에서 반사한 빛의 대부분을 반사시키거나 흡수하여 빛을 전혀 통과시키지 못하기 때문이다.

 색을 구분하여 물체를 볼 수 있는 이유

  햇빛이나 전등과 같은 발광체를 볼 수 있는 것은 직접 낸 빛이 우리 눈에 도달하기 때문이며, 달이나 행성을 포함한 우리 주변의 대부분의 물체를 볼 수 있는 것은 발광체에서 내는 빛을 반사하여 우리 눈에 도달하기 때문이다. 투명 물체는 반사하는 빛이 없기 때문에 그 물체를 볼 수 없고, 반투명 물체는 물체에 닿은 빛이 대부분 산란되어 흐릿하게 보인다. 그리고 불투명 물체는 물체에 닿은 빛이 대부분 반사하여 우리 눈으로 들어오기 때문에 물체를 선명하게 볼 수 있다.

  여기서 햇빛이나 전등에서 내는 백색광이 하얀 색으로 보이는데, 물체마다 여러 가지 색깔을 나타내는 이유는 무엇일까? 햇빛을 프리즘에 통과시키면 일곱 가지 색으로 분산되어 나타나고, 분산된 빛을 다시 프리즘을 통과시켜 합치면 흰색으로 나타난다. 이것은 백색광의 햇빛이나 전등 빛이 일곱 가지 색을 모두 포함하고 있다는 것을 암시한다. 백색광이 프리즘을 통과시킬 때 무지개 색으로 나타나는 이유는 빛의 반사와 굴절에서 자세하게 설명한다.

  그런데 빛이 물체에 닿아서 어떻게 작용하는지를 알면, 다양한 종류의 물체가 다양한 색으로 나타나는 이유를 알 수 있다. 어떤 물체의 색깔은 그 물체가 무엇으로 이루어졌는가와 그 물체에 비추는 빛의 색깔이 무엇인가에 의해 결정된다.

그림과 같이 사과 열매의 색이 빨간색으로 보이는 것은 빨간 색만 반사하고 나머지 색은 모두 흡수하기 때문이며, 잎이 초록색으로 보이는 것은 초록색만 반사하고 나머지 색은 모두 흡수하기 때문이다.

그림과 같이 초록 잎을 가진 빨간 사과에 빨간 빛을 비추면, 빨간 사과에서 빨간 빛이 반사되어 사과가 빨갛게 보이지만, 초록 잎은 빨간빛을 흡수하여 반사하는 빛이 하나도 없으므로 검게 보인다. 마찬가지로 초록빛을 사과에 비추면, 초록빛이 반사되어 초록 잎이 보이지만 사과는 초록빛을 흡수해 버리므로 검게 보인다. 초록빛을 비추면 사과나 잎이 모두 초록빛을 흡수하여 검게 보인다.

 셀로판지는 특정한 색만을 반사시키거나 통과시키고 나머지 색은 흡수하는 물질이다. 백색광을 비출 때 빨간색 셀로판지는 빨간색만을, 녹색 셀로판지는 녹색만을, 푸른 셀로판지는 푸른색만을 반사시키거나 통과시킨다. 셀로판지가 특정 색을 나타내는 것은 그 색을 반사하여 우리 눈에 도달하기 때문이다.

그림과 같이 빨간색 셀로판지를 통하여 녹색 잎이 달린 사과를 볼 때, 사과만 빨간색으로 보일 뿐, 잎은 검은 색으로 보인다. 이것은 녹색의 물질은 녹색의 빛만 반사하고, 빨간색 물질은 빨간색만을 반사하기 때문이다. 녹색 잎은 빨간색 셀로판지를 통과한 빨간 빛을 흡수해버리므로 검은 색으로 보이고, 빨간색 사과는 빨간색 셀로판지를 통과한 빨간색의 빛을 반사하여 우리 눈에 도달하기 때문에 빨간색으로 보인다.

  마찬가지로 녹색 셀로판지를 통하여 녹색 잎이 달린 사과를 볼 때, 녹색 빛만 통과시키기 때문에 녹색 잎만 녹색으로 보이고 사과는 검게 보이며, 푸른색 셀로판지를 통하여 녹색 잎이 달린 빨간 사과를 보는 경우는 푸른빛만 통과시키므로 잎이나 사과가 모두 검게 보인다.

빛의 합성

  컴퓨터나 TV가 서로 다른 색의 영상을 나타내기 위하기 어떤 방법을 사용하는 것일까? 그림, 사진, 영화, 디자인, 인쇄 등에서도 색은 가장 중요한 요소이다. 색으로 표현해야 하는 일을 하는 사람은 기본적인 몇 가지 색으로 아주 다양한 색을 만드는 법을 배운다. 다양한 색을 만드는 기본적인 원색은 빨간색, 파란색, 초록색이며, 이 색을 빛의 3원색 또는 RGB 색상이라고 한다.

  빨간색, 파란색, 초록색의 빛을 적절하게 합성하면 모든 색깔의 빛을 만들 수 있다.

그림과 같이 빛의 3원색을 모두 한 곳에 비추면 햇빛과 같은 백색광이 된다. 그리고 빨간색과 초록색의 빛을 같은 비율로 합성하면 노란색, 빨간색과 파란색의 빛을 같은 비율로 합성하면 자홍색, 파란색과 초록색의 빛을 같은 비율로 합성하면 청록색의 빛으로 나타난다. 또, 노란색과 파란색의 빛, 자홍색과 초록색의 빛 그리고 청록색과 빨간색의 빛을 합성하면 백색광이 되는데, 이와 같은 두 색을 보색 관계에 있다고 한다.

그림과 같이 물체는 저마다 고유한 색깔을 나타낸다. 개나리꽃이 노란색을 나타내는 것은 빨간색과 초록색의 빛만을 반사하여 우리 눈으로 들어오고 나머지 색깔의 빛은 흡수되기 때문이며, 사철 채송화가 자홍색을 띠는 것은 빨간색과 파란색의 빛만을 반사하여 우리 눈으로 들어오고 나머지 색깔의 빛은 흡수되기 때문이다. 그리고 설산이 흰색으로 보이는 까닭은 대부분의 색깔의 빛을 반사하기 때문이며, 연탄이 검은 색으로 보이는 까닭은 모든 색깔의 빛을 흡수하기 때문이다.

 
  이와 같은 원리를 이용하여 TV나 컴퓨터 모니터는 다양한 색을 표현한다. TV화면을 돋보기로 관찰하면 빛을 만들어내는 사각형 모양이 모여 있는 곳을 볼 수 있는데, 이것을 화소 또는 pixel이라고 한다. 한 개의 화소는 빨간색, 파란색, 초록색을 나타내는 작은 구간들로 되어 있다. 각각의 화소는 빛의 3원색을 적절히 조절하여 그 점에서 표시할 색깔을 만들어낸다. 화소는 픽셀(Pixel)과 같은 말로, 영상을 형성하는 최소의 단위이다.

컴퓨터 모니터나 인쇄물에서 볼 수 있는 모든 디지털 이미지들을 아주 크게 확대하면, 그림의 경계선들이 연속된 곡선이 아니라 화소들이 늘어서 있는 계단같이 보인다. 이처럼 디지털 이미지들은 더 이상 쪼개지지 않는 화소들이 모여서 전체 그림을 만든다. 따라서 어떤 영상의 화소수가 클수록 더 선명하고 정교하다. ‘이 그림은 해상도가 640픽셀 ×480픽셀이다.’라는 말은 이 그림 속에 화소가 640 ×480 = 30만 7200개 들어 있다는 뜻이다.

모니터 속에서 빨간색의 과일은 빨간색의 화소들이 다른 농도로 모여서 그려지며, 초록색의 과일은 초록색의 화소들이 다른 농도로 모여서 그려진다. 그리고 노란색은 빨간색과 초록색의 화소들이 다른 농도로 모여서 그려지고, 흰색은 빨간색과 초록색, 파란색의 화소들이 모여서 그려진다.