대부분의 사람들은 ‘과학이 어렵고 재미없다.’라는 고정관념을 가진다. 그러나 각 학교마다 과학반을 중심으로 많은 학생들과 선생님들이 ‘과학 바로 알기’를 뛰어넘어 ‘신나는 과학’으로 접근하는 것을 시도하고 있다.

이같은 시도는 매년 열리는 과학 체험 행사장에서 볼 수 있다. 교과서에는 나오지 않는 신기한 과학실험들을 준비하고 관람객을 기다린다. 각 학교 선생님과 과학 동아리 학생들이 주체가 돼 과학 봉사활동을 하면서 실험 방법과 원리를 설명해 준다. 체험정보를 얻기 위해 온 어른들과 아이들은 탄성을 지르며 좋아한다. 대부분의 과학 체험 프로그램들은 관람객들이 체험한 후 가져갈 수 있는 과학 아이템을 준비한다.

지난달 11일부터 닷새간 ‘2006 대한민국 과학축전’이 일산 킨텍스(KINTEX)에서 열렸다.

다양하고 이채로운 행사도 많았지만,90여개의 체험프로그램관에서는 과학적 원리를 쉽게 배우고 체험할 수 있는 프로그램이 진행됐다. 필자도 역시 근무하는 학교의 학생들과 ‘편광이 만드는 무지갯빛 세상’이라는 주제로 관람객들과의 만남에 분주했다.

●편광(偏光)이란 무엇인가

자연적인 빛은 사방으로 진동하면서 나아가는 파동이다. 수평으로 놓인 밧줄의 끝을 붙잡고 좌·우 또는 상·하로 흔들면, 밧줄을 따라 전달되는 파동의 진동이 특정 방향으로만 진동하는 것을 볼 수 있다. 자연적인 빛도 이와 마찬가지로 한 방향으로만 일어날 수 있는데, 이를 편광이라고 한다.

파동은 공간의 어느 한 지점에서 다른 지점으로 매질(파동이 지나가는 물질)을 통해 에너지를 전달한다. 이때 파의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 평행한 것을 종파(longitudinal wave)라고 한다.

지진의 P파 등이 이에 속한다. 그러나 파의 진행 방향과 수직한 방향으로 매질이 진동하는 파동은 횡파(transverse wave)라고 한다. 빛, 전자기파, 수면 물결이 일렁이는 것, 지진파의 S파와 L파 등을 들 수 있다.

●빛이 횡파라는 증거를 보여주는 편광 현상

두 장의 편광 필름이 있으면 빛이 횡파라는 것을 증명할 수 있다. 편광필름은 원자가 특별하게 배열돼 있어서 결정축이 어느 한 방향으로 나란하게 돼 있다. 자연적인 빛은 모든 방향으로 진동하는 빛이 섞인 것이다. 그런데 편광판은 어느 한 방향으로만 진동하는 빛을 통과시킨다. 따라서 편광 필름 2개를 겹쳐서 한 개를 돌리며 물체를 보면 밝아졌다 어두워졌다를 반복하게 된다. 이는 빛이 횡파라는 사실을 보여준다.

●편광으로 어떻게 무지갯빛을 만들 수 있을까?

두 장의 편광필름 사이에 셀로판테이프나 투명한 빵봉지 혹은 투명한 비닐(OPP)을 끼워 보자. 그리고 한쪽 편광필름을 천천히 돌리면 아름다운 무지갯빛을 볼 수 있다. 이 때 셀로판테이프의 두께에 따라 색깔이 다르게 보인다. 이것은 우선 빛이 첫 번째 편광필름을 지나면 어느 한 방향으로 진동하는 성분만 통과하게 돼 편광이 만들어진다.

이어 두장의 편광필름 사이에 놓여진 셀로판 테이프나 투명한 비닐의 두께에 따라 빛이 복굴절을 일으키게 된다.

결국 어느 특정한 파장의 빛만 최종적으로 통과해 나오기 때문에 두께에 따라 다양한 색깔을 볼 수 있는 것이다.

자연적인 빛은 굴절하는 정도에 따라 숨겨져 있던 빛의 색깔을 보여준다. 평소에는 백색으로 보이던 빛이 굴절하게 되면 파장이 긴 빨간색에서부터 파장이 짧은 파란색까지 아름다운 무지갯빛을 보여주는 것이다.3D 입체영화관에서 입체 영화를 보기 위해 사용하는 안경, 노트북이나 핸드폰의 액정, 편광 선글라스 등은 빛의 편광 현상을 이용한 것이다.