색깔은 물체가 빛을 받을 때 빛의 파장에 따라 그 표면에 나타나는 특유한 빛을 말한다. 빛깔이라고도 한다.[1]
개요
빛은 인간에게만 친숙한 것이 아니라, 지구상의 모든 생명체들에게 거의 필수적이다. 빛은 광합성을 통하여 지구 생명체들이 먹고 살아갈 탄수화물을 만들게 하고, 생명체가 활동하고 번식할 수 있도록 지구를 덥혀준다. 태양으로부터 오는 막대한 빛 중에서 우리 인간이 볼 수 있는 영역은 아주 좁다. 표면 온도가 5천8백도 정도인 태양빛에서 가장 세기가 높은 영역이 가시광선(可視光線, visible light) 부근의 빛이기 때문에, 지구 생명체들은 이 영역의 빛을 이용하는 시각을 발달시키며 진화했다.
인간의 눈에 보이지 않지만 좁은 가시광선 너머, 여러 파장들의 빛은 다양한 이름으로 불린다. 우리가 볼 수 있는 가시광선은 '빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보' 순서로 파장이 짧아지며, 물체가 빛을 받을 때 빛의 파장에 따라 그 표면에 나타나는 특유한 빛깔을 나타내며 사람의 눈으로 볼 수 있는 영역의 색깔이다.
빛을 색깔로 인지하는 과정
빛은 어떻게 색이 되는가? 사람의 눈은 왜 가시광선 영역의 무지개색만 볼 수 있는 걸까? 햇빛은 무지개색을 품고 있다. 저녁 무렵의 석양은 햇빛 속에 붉은 기운이 숨어 있다는 것을 확실히 보여주지만, 한낮의 해는 너무 밝아서 색을 분간하기가 힘들다. 다행히 햇빛에 숨어 있는 색은 프리즘을 통과할 때 그 모습을 드러낸다. 삼각기둥 모양의 프리즘을 통과한 빛이 보라색에서 빨간색까지 펼쳐지는 스펙트럼을 만드는 것과 같은 원리로, 물방울 속에서 반사된 햇빛에서는 빨-주-노-초-파-남-보 일곱 색깔 무지개색이 나온다.
파장이 다른 빛을 우리는 왜 서로 다른 색깔로 인식할까? 사실 무지개색은 우리 눈이 감지할 수 있는 전자기파의 파장에 의해 결정된다. 빛의 속력은 일정하기 때문에, 빛의 파장과 진동수는 반비례한다. 그리고 빛의 에너지는 진동수에 비례하기 때문에, 파장이 짧을수록 에너지가 크다. 가시광선은 '빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보'의 순서로 파장이 짧아지며, 에너지가 증가한다. 가시광선의 파장은 대략 620 nm ~ 380 nm(나노미터 10-9 m)로, 우리 몸에서 제일 작은 세포인 적혈구의 약 1/10 정도로 작고 바이러스보다는 약 10 배 정도 크다.
빛은 전자기장을 동반하는 전자기파이며, 우리가 볼 수 있는 빛인 가시광선의 영역은 수백 nm로 아주 좁다. 가시광선 영역은 태양에서 나오는 전자기파 중에서 가장 세기가 크다. 빛의 세기가 매끈하지 않은 것은 대기에 있는 수증기, 이산화탄소, 산소, 오존이 파장 별로 흡수하는 정도가 다르기 때문이다.
보라색은 파장 400나노미터의 전자기파, 빨간색은 파장 700나노미터의 전자기파다. 햇빛이 품은 무지개색은 우리 눈으로 식별이 가능한 가시광선 영역에 해당된다. 400나노미터부터 700나노미터까지의 파장을 갖는 전기장과 자기장의 파동이 우리 눈에는 보라색에서 빨간색까지 연속적인 색조의 변화로 보인다. 좀 더 정확히 말하면 햇빛에는 빨간색보다 파장이 긴 적외선과, 보라색보다 파장이 짧은 자외선까지 포함돼 있지만, 우리 눈으로 볼 수 있는 파장의 한계가 무지개색을 그렇게 결정하는 것이다.
먼셀의 색상환(color circle)은 빨-노-파 RGB 삼원색의 조합으로 온갖 색깔을 만들어 낼 수 있다는 원리를 대변하는 표다. 무지개색의 띠를 원형으로 묶어 놓은 모양이다. 그림을 보면 빨간색과 파란색을 섞어 만든 보라색이, 빨강과 파랑 사이에 들어가는 것은 자연스러워 보인다. 하지만 파장이 가장 짧은 보라색 옆에 파장이 가장 긴 빨간색이 위치한 색상환의 배열은 아무래도 이상하다. 가장 짧은 파장의 보라색이 파장이 가장 긴 빨간색 옆에 있는 이유는 뭘까? 시각적 경험에서 나온 색상환은 왜 파장의 순서를 무시하는 걸까? ‘극과 극은 통한다’는 역설의 미학이 과학적 사실이라도 넘어서는 것일까?
색을 느끼려면 특정 파장의 빛만 흡수하는 시각세포가 필요하다. 색의 인지 과정을 살펴보면 빛이 우리 눈의 망막 세포를 자극하면 시각세포에서 전기적 신호가 만들어지고 그 신호는 신경망을 통해 뇌에 전달된다.
망막에 있는 시각세포인 원추세포에는 빨간색(Red), 녹색(Green), 파란색(Blue)의 빛에 민감한 3 종류가 있다. RGB가 빛의 삼원색으로써 조합하여 8백만 가지의 색을 사람이 느낄 수 있는 이유는, 인간의 원추세포가 종류가 셋이기 때문이다. 드물게 4종류의 원추세포를 갖는 사람도 있는데, 색에 대한 민감도가 높고 1억 개 정도의 색을 구분할 수 있다고 한다. 대부분의 영장류는 원추세포가 3 종류이며, 대부분의 파충류, 양서류, 조류, 곤충들은 4종류, 비둘기와 어떤 나비 종은 5종류의 원추세포로 10억 개의 색을 구별할 수 있다고 한다. 반면에 영장류를 제외한 대부분의 포유류는 2 종류, 해양생물 대부분은 1종류의 원추세포를 갖고 있다. 1종의 원추세포로 구별할 수 있는 색은 대략 200 가지 정도라고 한다. 동물마다 조합하여 색을 구별할 수 있는 빛의 원색 종류와 개수가 다르다.
동물에 따라 색을 감각하는 원추세포의 개수가 다르기 때문에, 동물마다 색에 대한 인식과 민감도가 다르다. 그림 (a)는 사람의 망막에 있는 3 종류의 원추세포와 각 세포가 파장에 따라 느끼는 민감도이고, 그림 (b)는 어느 정도 이상 밝았을 때, 파장에 따라 사람의 시각이 느끼는 민감도이다. 또한 사람마다 민감도가 다르기 때문이 같은 색깔이라도 부동한 사람에 따라 느끼는 감각 또한 달라진다.
과학적으로 색은 빛의 파장을 의미하지만, 우리가 인식하는 색은 시각 세포라는 센서에서 측정된 신호가 뇌에서 재구성된 결과다. 따라서 우리가 인지하는 색은 시각 세포 센서의 성능에 따라 사람마다 달라질 수 있다. 만일 시각세포나 전달 기능에 이상이 생긴다면, (r, g, b) 신호로서 인지하는 ‘색’은 달라진다. 유전적 이상 또는 다른 이유로 R 또는 G 원추 세포가 제대로 작동하지 못할 경우 적록 색맹이 되기도 하고, 진화 초기 단계의 포유류는 G와 B 원추세포 두 종류만 갖고 있는 경우가 많다.
19세기까지 우리의 시각적 관측은 눈의 시각세포가 감지할 수 있는 가시광선 영역으로 제한되었지만, 이제는 전자기학과 양자역학의 발전에 따라 가시광선보다 훨씬 긴 파장의 마이크로파를 측정할 수도 있고, 가시광선보다 훨씬 짧은 파장의 X-선과 감마선까지도 관측할 수 있을 정도로 측정 영역이 넓어졌다. 심지어 전자기파가 아닌 전자의 파동성을 이용해 측정하는 전자현미경이나 원자현미경도 개발되어 인간의 눈으로는 볼 수 없었던 자연의 ‘이미지’를 시각화하는 것이 가능하다.[2][3]
빛의 파장에 따른 색깔
처음으로 유리 프리즘을 사용해서 태양 광선을 7색으로 나눈 것은 아이작 뉴턴이다. 뉴턴은 원형의 구멍으로부터의 빛을 사용했기 때문에 파장 분리의 정밀도는 좋지 않았다. 그 후 슬릿을 사용해서 좀 더 정밀도가 좋게 빛의 강도를 파장의 차례로 나눌 수 있게 되었다.
전자기파의 파장과 주파수는 반비례하여, 감마선은 파장이 가장 짧지만, 초당 진동수는 가장 크다. 색깔별로 파장이 다른데, 보라색이 파장이 가장 짧고, 빨간색이 파장이 가장 길다. 그래서 빨간색 계열을 장파장, 보라색 계열을 단파장이라 하고 중간 부분인 초록색 계열은 중파장이라고 한다.
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| 색깔
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파장
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주파수
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광자 에너지
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| 보라(보통 410nm 영역에서 보라색으로 인식한다)
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380–450 nm
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668–789 THz
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2.75–3.26 eV
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| 파란(보통 454nm 영역에서 파랑으로 인식한다)
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450–495 nm
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606–668 THz
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2.50–2.75 eV
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| 초록(보통 555nm 영역에서 초록으로 인식한다)
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495–570 nm
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526–606 THz
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2.17–2.50 eV
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| 노란(보통 587nm 영역에서 노랑으로 인식한다)
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570–590 nm
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508–526 THz
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2.10–2.17 eV
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| 주황(보통 600nm 영역에서 주황으로 인식한다)
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590–630 nm
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484–508 THz
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2.00–2.10 eV
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| 빨간(보통 660nm 영역에서 빨강으로 인식한다)
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630–750 nm
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400–484 THz
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1.60–2.00 eV
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이상 범위의 영역만이 시각적 인지가 가능하다. 대기 중의 무지개도 햇빛에 포함된 가시광선 영역의 빛의 굴절 현상이다. 흔히 빨주노초파남보라고 외운다. 다만 일부에서는 파란색을 청록색으로, 남색을 파란색으로 다르게 분류하는 경우도 있다. 여기서 빨간색이 가장 파장이 길고 보라색이 가장 짧지만, 역으로 에너지는 보라색이 가장 높고 빨간색이 가장 낮다.
[4][5]
동영상
각주
참고 자료
같이 보기
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