[오피니언타임스=박내석 소방기술사]항만에는 자그마치 10층짜리 건물 높이의 대형 크레인들이 있다. 작년 10월 부산의 한 항만에서는 크레인 꼭대기에서 야간에 LED 조명 설치작업을 하던 일용직 노동자가 휴대용 손전등이 없는 상태에서 통로를 움직이다 추락하여 아까운 목숨을 잃었다.인간에게 빛은 생명의 안전과 직결된다.

빛이 없는 공간에서는 멈춤을 요구받는다. 이 빛은 무엇일까?사람들에게는 가끔은 궁금도 하지만 알아볼 마땅한 기회가 없거나 심지어 엄두가 나지 않은 것들이 적잖다. 내게 빛은 그러한 존재였다. 최근 우연한 기회에서 빛의 실체를 어렵사리 정리해볼 수 있었다.

지금부터 빛을 찾아 10분 동안의 여행을 떠나보는 것은 어떨까? 빛은 전자기파이다. 그리고 전자기파를 빛이라고 부른다. 황당하고도 어려운 말이다. 위키백과에서는 이렇게 빛을 설명한다. “빛이란 좁은 의미에서 가시광선, 즉 일반적으로 사람이 볼 수 있는, 약 400nm에서 700nm 사이의 파장을 가진 전자기파를 뜻한다. 넓은 의미에서는 모든 종류의 전자기파를 지칭한다. 또한 빛은 물리학에서 주로 넓은 뜻으로 쓰인다.”

TV나 라디오 주파수 등이 전자기파라는 것은 대체로 아는 바이다. 그런데 빛이 그것과 같은 것이라는 사실은 무척이나 낯설다. 더구나 따뜻함을 이야기할 때, 밝고 어둠을 이야기할 때, 희망과 구원을 이야기할 때, 상황에 맞게 너무도 적절하게 사용할 수 있는 단어가 도무지 이해할 수 없는 말로 정의되는 상황은 무척이나 당황스럽다. 

내가 태어나던 해로부터 거의 100년 전인 1865년 맥스월은 전자기파의 진행속도가 초속 30만 Km정도 된다는 것을 알아냈는데 이 속도는 빛의 속도와 같아서 빛이 곧 전자기파임을 알게 된다. 전자기파란 전기장과 자기장이 새끼줄 꼬이듯이 서로 교대로 진동하며 만들어내는 파동이다. 마치 환상의 커플이 돌아가면서 상대의 기운을 고무하며 찬양해주는 것과 같다. 전기장과 자기장은 전자기유도(전기와 자기가 서로 유도)라는 것으로 서로 상대를 만들어내는 과정을 무한히 반복하며 교대로 진동하게 되는 것이다. 여기서 유도란 이끌어낸다는 뜻이다.

물질이 가지고 있는 전기적 성질을 전하라고 한다. 전하는 마치 크기나 질량과 같이 물질이 가진 특성의 한 분야이다. 양이나 음의 전하를 띠는 대표적인 입자는 원자를 이루는 전자(음의 전하를 띠는 입자)나 양성자(양의 전하를 띠는 입자)이다. 전하를 띠는 입자 주변에는 전기장이 형성된다. 즉 전기적 힘이 미치는 필드(영역)이다.

전하를 띤 입자의 속도가 바뀌면 이에 따라 전기장도 움직인다. 전기장이 변화하면 그곳에는 변화하는 자기장이 발생한다.자기장이란 책받침 위의 쇳가루를 움직이는 자석처럼 자기력이 존재하는 영역이다. 변화하는 자기장은 처음의 전기장과 같은 방향으로 다시 전기장의 변화를 일으킨다. 그리고 전기장과 자기장이 교대로 상대의 변화를 유도하는 과정을 무한히 반복하면서 물결과 같은 파동으로 퍼져 나가게 된다. 이것이 전자기파이다. 이 전자기파는 공기와 같은 매질이 있는 곳이나 우주 공간과 같이 아무런 매질이 없는 곳에서도 퍼져 나간다.

빛은 태양에서 온다. 그러면 태양은 어떻게 빛이라는 전자기파를 만들게 되는 것일까?
우주가 빅뱅으로 만들어질 때 맨 처음 존재하는 물질이 수소다. 태양에서는 이 수소가 융합되어 열심히 헬륨이 만들어지는데 이 과정에서 엄청난 에너지가 방출된다. 핵융합이란 가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운 원자핵으로 바뀌는 것이다.

이 융합 후에는 융합 전에 비해 질량이 줄게 되는데 그만큼의 에너지가 생성되어 이때 얻은 에너지로 표면 온도를 섭씨 6200도 정도로 유지한다. 감소한 질량과 그 결과로 생성되는 에너지의 관계를 설명한 것이 그 유명한 아인슈타인의 E=mc2이다. E는 에너지 그리고 m과 c는 줄어든 질량과 빛의 속도다.

원자는 전기적으로 양성자의 양전하와 전자의 음전하가 균형을 이루고 있는 상태인데 만약 전자가 떨어져 나가면 전기적 균형이 깨지고 이온 상태가 되는데 음전하가 부족하기에 양이온이 된다.

한편 뜨거운 태양의 온도에서 분자들은 격렬하게 충돌한다. 그 과정에 일부 전자들은 떨어져 나오게 된다. 그래서 그 공간에는 분리된 전자들과 전자를 잃어서 생긴 양이온들이 떠돌아다니게 된다. 이러한 상태를 플라즈마 상태라고 한다.

플라즈마 상태에서 전자와 이온들은 자유롭게 움직이며 주변에 전기장을 일으킨다. 전기장은 자기장을 유도하며 유도된 자기장에 다시 전기장이 유도되면서 전자기파의 파동이 만들어진다.그리고 이 파동은 우주 공간을 가로질러 우리 앞에 빛으로 다가오는 것이다. 알고 보면 그다지 복잡하지는 않지만 우주의 엄청난 현상이면서 지구를 살리는 근원이다.

[저자약력]
서울대 동양사학과 졸업 
소방기술사
한국기술사회 통일준비위원
국토교통과학기술진흥원 기술평가위원
한국교통안전공단 기술평가위원
㈜하나기술단 전무(현)
현대유엔아이(주) 상무