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라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
이븐 알 하이탐은, 우리의 눈에서 무언가가 나와 물체에 부딪히기 때문에 볼 수 있다는 해석에 확실히 문제가 있다는 것을 깨달았다. 그는 어둠 속에 한참을 앉아 있다가, 갑자기 해를 보면 눈이 너무 아프기 때문에 도저히 해를 바라볼 수 없다는 의문을 제기했다. 만약 빛 같은 것이 눈에서 나온다면 해를 바라보았을 때 눈이 그렇게 아플 이유가 없었기 때문이었다. 그는 전혀 다른 해석을 만들었다. 이븐 알 하이탐은, 우주에 빛이 직진하면서 존재하다가 우리의 눈으로 들어오기 때문에 볼 수 있다고 생각했다. 그는 그렇게 단숨에 1000년 넘게 알려진 정설을 뒤집었다. 또한 이븐 알 하이탐은 거울의 원리, 즉 거울은 빛을 반사시킨다는 점에서 힌트를 얻어 빛이 독립적이고 직진함에도 불구하고 어떻게 물체는 빛을 우리의 눈으로 향하게 만들 수 있는지에 대한 해답을 제시했다. 그리고 그는 반사의 패턴을 분석함으로써 거울에 대한 입사각이 반사각과 정확히 동일하다는 사실, 즉 대칭성을 발견해냈다. 기하학적으로 분석한 기본적인 반사의 법칙과 직진하는 빛 사이에 어떠한 식으로든 관계가 있음을 보였다. 그렇게 이븐 알 하이탐은 천재적인 직관력으로 빛 또한 물체에 부딪힌 뒤 공처럼 반사한다는 것을 깨달았다. 그는 굴절과 반사라는 빛의 가장 중요한 성질에 관한 수학적 법칙들을 유도해냈다. 훗날 안경에서부터 우주 망원경까지 쓰이는 그런 법칙들을 말이다. 12년간의 감금 뒤, 칼리프의 죽음으로 인해 알 하이탐은 다시 자유의 몸이 될 수 있었다. 그리고 그는 자신이 발견한 빛에 대한 해석을 정리하여 7권에 달하는 빛과 시각에 대한 본질적 접근에 대한 책을 집필하였다. 이는 현대 광학을 가능케했다고 해도 과언이 아니라는 평가를 받고 있다. 이렇게 빛은 수학적 법칙과 규칙에 의해 지배되어 왔고 추상적인 세계를 볼 수 있게도 만들어 주었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
이븐 알하이탐이 죽고 난 뒤, 서기 1000년부터 1200년 사이의 2세기 동안 기독교인들은 지중해의 이슬람교에 대항해 모여 신성함을 증명하려 하기 위해 일으킨 십자군 전쟁은 이븐알하이탐을 비롯한 이슬람 학자들의 위대한 연구들을 포착하였다. 그리고 빛에 대한 그들의 지식을 넓히기 위해 이븐 알하이탐의 업적을 이용하였다. 아라비아와 라틴 학자들의 기록에 따르면 전쟁으로 인해 교육 기관 및 대학들이 서유럽으로 옮겨간 결과로 서유럽에서 자연의 탐구에 완전히 새로운 길을 제시한 교육, 과학 혁명이 일어났다고 한다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
기독교 교회들이 자연과 빛에 대한 호기심만 있었던 것은 아니었고, 신자들을 설득, 고무시키는 데에 주목적이 있었다고 한다. 빛에 대한 이해가 중세 기독교의 절대적인 목표였던 이유는 신성함과 빛 사이에는 비범하고도 강한 관계가 있었다고 판단되었기 때문이었다. 빛은 우주에서 제일 먼저 생겨난 물질이며, 동시에 빛은 신앙을 더 아름답게 보이게 하는 역할도 하였다고 평가 받는다. 지금과는 달리 당시의 교회들은 스테인드 글라스 밑에서 촛불을 킴으로써 어둠을 걷어내었다. 그렇게 교회를 빛과 색으로 포장된 하나의 극장이었다고 한다.
기독교 학자들이 색에 대해 분석하고 색의 원리, 색의 제조 방법에 대해 알아내면서 색은 기독교 역사상 가장 격렬한 논쟁거리 중 하나가 되었다. 이러한 색에 대한 논쟁은 13세기 프란체스코 수도사였던 로저 베이컨에서부터 시작되었다. 로저 베이컨은 서양에서 처음으로 이븐 알 하이탐의 업적을 다시 되새겨 본 사람으로 평가 받고 있다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
베이컨은 알 하이탐의 연구 업적으로부터 눈의 구조 빛과 시각의 형성, 빛의 굴절 등을 배웠고 빛과 색에 대한 유리의 효과를 탐구하기 시작했다. 당시 13세기의 유리 기술은 상당히 열악하였기 때문에 연구를 수행하기에는 굉장히 무모한 주제였다고 한다. 그럼에도 불구하고 베이컨은 곡선형의 유리가 어떻게 물체의 크기와 모양을 변형시켜 보여주는지를 연구하였다. 그는 몇몇 렌즈, 즉 구부러진 유리들이 작지만 멀리 떨어진 물체들을 아주 가까이 보여준다는 결과들을 상세히 기록하였다. 그는 그 구부러진 유리들에 대한 연구들로부터 시각에 대한 의문을 해결할 수 있다고 생각하였고, 그 연구에 완전히 매료되었다. 그렇게 그는 빛, 유리, 그리고 색의 원리를 밝히기 위하여 노력하였다. 베이컨은 거시 세계에서 빛이 활동하는 현상들에 대해서 의문을 품었다. 그는 빛이 물과 유리에서 왜곡되는 것을 관측하였고, 태양 아래에서 많은 작은 물방울들이 무지개와 같은 색깔들을 연출하는 것도 관찰하였다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
무지개는 신과 신도들의 비범한 관계를 설명할 수 있는 존재였다. 성경을 따르면 점은 몇 선택된 신앙만이 살아남은 대홍수 이후 신은 두 번 다시 우리 세상을 파괴하지 않겠다는 언약을 무지개를 통해 하고 천국으로 돌아갔다는 것이었기 때문이다. 한편, 베이컨은 논리와 과학적 접근을 사용해서 무지개를 설명하였다. 그렇게 그는 단지 실험적만으로도 무지개를 만들어낼 수 있었다. 실험적 원리를 이용하여 단지 입에 물을 머금고 뿜어냄으로써 재현할 수 있었던 무지개를 통해 청중들을 감동시킬 수 있었다. 당시의 관점에서 본다면 그는 천국의 색깔들을 지구에 재현시키고 있었던 것이었다. 그렇게 베이컨은 원하는 것은 끝내 탐구하고야 마는, 몇 안 되는 선택 받은 천재 중 한 명으로 평가 받고 있다. 베이컨은 실험적 결과들로부터, 무지개 또한 이븐 알 하이탐이 발견한 수학적 법칙들을 반드시 따르게 된다는 것을 알아내었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
그는 모든 신의 기적들로 판단되는 현상들을 과학적 접근으로 해석하였다. 하지만 당시 교회의 입장에서는 그러한 학자들을 방치했을 경우 위기에 빠질 수 밖에 없었다. 그런 점에서 그는 종교인으로서 논란을 불러 일으켰고, 결국 그는 파리 근처에 수감되었다. 그는 그 곳에서 20년이 넘는 세월을 갇혀 연구와 글쓰기로 보냈다. 그 후 석방된 지 2년도 채 못 넘기고 죽음을 맞이하였다. 하지만 그의 유산은 살아남아 작은 물방울들을 통한 빛의 굴절과 반사로 이루어지는 무지개의 생성 원리뿐만 아니라 시각을 향상시키는 유리 렌즈의 원리를 후대에 전달해 줄 수 있었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
교회는 혼돈과 광란, 그리고 무질서한 세계를 원하지 않았다. 따라서 시간의 원리를 파악하고 민중들에게 규칙과 질서를 제공해 주는 것이 중요했다. 그러한 역사적 배경 아래에서 가톨릭교회는 달력을 제어하는 것은 그들의 정통성, 영향력, 그리고 신앙을 보여주는 한 해의 가장 중요한 의식을 위해서 가장 중요한 일이었다. 그렇기 때문에 그 상황에서 빛에 대한 기술적 이해는 무질서하고 타락에 빠진 세상에 교회가 질서를 줄 해법을 제공한다고 생각되었다. 당시 로마 가톨릭교회는 위기에 빠진 상황이었다. 수백만의 신도들이 실망하였고, 그들은 동시에 교황의 권위에 도전하였다. 그리고 그러한 혼돈들은 부활절이 다가오면서 더욱 가중되었다. 기독교 교회에서 달력의 제정은 가장 중요한 행사 중 하나인 부활절에 시작되었다. 부활절은 모든 신도들이 신의 아들인 예수의 죽음 뒤의 어둠에 휩싸인 세상을 기억하고, 그의 기적과도 같은 부활을 되새기는 날이다. 그 행사는 신앙의 기반이 되었다. 부활절의 날짜는 봄의 첫 번째 보름달 이후의 첫 일요일이었다. 하지만 정확한 달력 체계가 없었으므로 매년 교회가 부활절의 날짜를 지정해야만 했다. 정확히 어느 날이 부활절인지 모른다는 것은 혼돈을 일으킬 수 밖에 없었다. 즉, 춘분을 정확하게 계산할 수 있는 체계가 없다면 부활절은 늦게 축하될 수 밖에 없었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
그러한 역사적 배경 아래에서 언제 봄이 시작되는지를 계산 하는 방법이 등장하였다. 먼저, 교회의 높은 벽에 구멍을 하나 뚫는다. 그러면 정오에 해가 머리 위를 지나면 구멍은 햇빛 위를 통과하면서 그 빛들은 교회 바닥에 북쪽과 남쪽으로 정렬된 황동 막대에 밝게 빛나는 점들처럼 보이게 된다. 한편, 겨울이 되면 태양의 고도가 상당히 낮아지므로 빛이 막대의 북쪽 끝에 더 도달하게 된다. 그리고 한 해 동안 한여름이 될 때까지 점은 남쪽을 향해 움직인다. 그리고 다시 가을을 지나면서 다시 북쪽을 향해 돌아오게 된다. 이러한 원리들은 천문학자들과 사제들을 통해 관찰되었다. 이러한 원리는 점의 거리를 통해 낮과 밤의 길이가 같아지는 특별한 날을 결정할 수 있게 해주었다. 그리고 그 특별한 날, 춘분은 부활절 계산의 기준이 되었다. 매년마다 춘분이 언제인지 관측함으로써 이들은 어떤 특정한 패턴이 나타나는 것을 관찰하였다. 그 패턴으로부터 그들은 수 백 년 후의 춘분 추분점이 언제가 될 것인지 까지도 매우 정확하게 추론할 수 있었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
교회는 춘분이 언제인지 정확히 관측함으로써 질서와 권력이 다시 교회의 손으로 돌아왔다고 믿었으나, 오래 지속되진 못하였다. 서서히 나타나는 팽팽한 긴장 속에서 교회는 스스로 천문학적 연구를 장관하는 기관이 되었다. 교회의 막대한 부는 빛, 태양, 행성과 천문시간 연구를 후원하는 데 사용되었다. 하지만 그 때 천문학에서 새로운 이론이 탄생하게 되었다. 지구가 세상의 중심이 아니며 태양이 지구 주위를 돌지 않는다는 가설을 교회의 관점에서는 교회를 부정하게 될 사람들이 등장하기 시작했다. 우주를 둘러싼 연구가 계속되는 도중, 논쟁을 단번에 끝내기 위한 두 인물이 등장하였다. 가톨릭 교회는 자신들이 말하는 것이 명백한 사실이며 부정할 수 없는 법칙들이라는 것을 보여주기 위하여 지적인 인물을 찾았고, 그들이 찾은 인물은 철학자 르네 데카르트였다. 반대 편에서는 아이작 뉴턴이 등장하였다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
르네 데카르트는 프랑스 중부의 부유한 가정에서 둘째 아들로 태어났다. 그는 우리의 몸을 포함한 세상의 모든 것이 기계라고 생각했으며, 음식은 몸을 움직이기 위한 연료라고 생각했다. 데카르트는 그의 아이디어가 가톨릭 교회에 매우 적합하다고 믿었다. 데카르트는 신은 위대한 장인이며, 우주는 신이 만들고 움직이는 거대한 기계로서 예측 가능한 법칙들을 따른다고 보았다. 이것은 그의 빛에 대한 이해와 일맥상통하는 생각이었다. 그는 빛을 역학을 통해서 완전히 이해할 수 있다고 생각했다. 데카르트는 그가 최고의 광학 기구라고 믿었던 눈에 관심을 가지면서 역학에 대한 연구를 시작했다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
데카르트는 세상의 모든 것, 심지어 동물과 인간조차도 기계라는 가설을 주장하였다. 짐승과 인간의 유일한 차이점은 인간은 영혼이 있으나 동물은 그렇지 않다는 것이었다. 그는 동물이 기계라는 것을 밝히기 위해서 그들이 어떻게 움직이는지 알아내고자 그들의 눈을 해부하였다. 즉, 데카르트는 만약 그가 눈이 기계라는 것을 증명할 수 있다면, 그것 만으로도 그의 가설을 입증할 수 있는 증거가 될 수 있다고 생각했던 것이었다. 데카르트는 가위를 이용하여 고양이 눈의 주변 조직을 제거하고, 그 후 그 눈을 절개한 후에 홍채 주변의 조직으로부터 수정체를 떼어내었다. 떼어낸 수정체를 통해 본 물체의 상의 관찰을 통해 눈을 통과하여 망막에 맺힌 상이 거꾸로 뒤집힌 상이라는 것을 보여주었다. 또한 그는 사물이 눈에서 얼마나 멀리 있느냐에 따라 수정체의 모양이 변한다는 사실도 보였다. 그 전까지는 망막이 상을 어떻게 인식하는지에 대하여 많은 이론이 있었지만, 데카르트의 업적으로 인하여 뒤집힌 상이 맺힌다는 것을 알 수 있게 된 것이었다. 실제로는 망막에서 뇌까지의 신경경로에서 거꾸로 맺혀진 상이 제대로 보이도록 고쳐지기 때문에 생명체들은 물체를 올바르게 볼 수 있다. 따라서 데카르트는 이러한 증거들을 통해서 눈 안의 수정체가 유리 렌즈와 동일하게 작동한다는 즉, 눈이 완벽한 기계라는 것을 증명할 수 있었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
그러한 증거들을 이용하여 데카르트는 그 당시 가장 어려운 질문의 해답을 찾을 수 있었다. 바로 색의 비밀을 풀 수 있었던 것이다. 데카르트의 기계적 세계관에선 빛은 회전하는 입자이고, 빛은 흰 빛 입자가 빨리, 또는 느리게 회전하기 때문에 나타나는 것이다. 따라서 데카르트의 이론의 핵심은 흰 빛이 순수하고, 색은 흰 빛의 변형일 뿐이라는 것이었다. 전지전능한 신이 만든 기계적인 세계관은 가톨릭 교회만이 세상의 신비를 이해하며 설명할 수 있다는 가톨릭의 주장을 받쳐주기 위해 반드시 필요한 것이었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
하지만 가톨릭 교회의 승리는 오래가지 못했다. 바다 건너 청교도 영국에서는 데카르트와 로마 가톨릭 교회가 그들만이 세상의 이치를 알고 있다는 터무니없고 오만한 주장에 불만이 쌓여갔다. 데카르트와 그의 견해에 반대하는 사람들 중에는 아이작 뉴턴이 있었다. 뉴턴이 생각하기에 데카르트는 외부인, 프랑스인, 가톨릭, 이성주의자, 권위주의자였고, 무엇보다도 데카르트의 빛에 대한 견해가 틀렸다고 생각했다. 아이작 뉴턴은 가톨릭 교회로부터 빛을 뺏어왔다. "그림자를 쫓으면서, 나는 실제로 존재하는, 나의 정신을 희생했다" 뉴턴이 스스로도 인정했듯이, 뉴턴의 빛에 대한 집착은 그를 미치도록 만들었다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
아이작 뉴턴은 1660년대 초에 케임브리지에 어린 학생으로 입학했다. 바로 그곳에서 그의 천재적이며 창조적인 과학, 철학, 종교적 생각들이 생겨난 것이었다. 아이작 뉴턴에게 빛은 모든 것이었다. 그는 거의 빛을 성스러운 원리라고 생각했다. 그는 이 세상이 단 하나의 현명하고 전지전능하며 똑똑한 수학적인 신에 의해서 만들어졌다고 생각했다. "모든 것을 창조하고, 또 모든 것을 지배하기 때문에 두려워해야 할, 그런 존재가 있다 – 아이작 뉴턴" 그래서 뉴턴은 빛과 색을 연구 함으로써 신의 창조의 비밀을 더욱 깊이 밝히는 것이라고 생각했다. 1664년에 21살의 나이로 뉴턴은 처음으로 빛과 시각에 대해 공부했다. 지금이나 그 때나 뉴턴은 매우 독자적이고 친구가 적으며 폭력적이고 집착이 강한 사람으로 알려져 있다.
라이트 판타스틱 1부, 빛의 기원(Let There be Light)
뉴턴의 빛과 색에 관한 첫 생각은 엄청난 자기 관찰에서 이루어졌다, 마치 자신의 정신 안을 들여다본 것 같이 말이다. 그는 몇 시간 동안 태양을 바라보다가 스스로 어두운 방에 갇힌 채 태양의 상을 떠올리려고 애썼다. 그리고 그의 실험들은 더 극적이게 되었다. 그는 우리가 보는 상이 압력에 따라서 바뀌는지, 즉 우리의 눈을 어떤 것이 누르면 상이 바뀌는지, 또 우리가 생각하거나 꿈꿀 때 보는 상에 대해 알고 싶어했다. 그래서 뉴턴은 나무로 만든 바늘을 눈알과 뼈 사이에 집어넣고 눌렀다. 그런 위험한 실험을 통하여 색을 띠는 원이 눈의 초점 바로 위에 나타나며 그 색은 무지개의 색 순서와 같다는 것을 알아내었다. 뉴턴은 자신의 시력을 담보로 연구할 정도로 빛의 현상을 밝혀내는 데 집중해 있었기에 우리가 눈 안에서 보는 것을 생각 밖으로 끌어내어 외부 세상에 나타낼 수 있는 방법이 없는지 알아내려 하였다. 뉴턴은 프리즘, 렌즈와 거울을 이용하면 그렇게 할 수 있다고 추측했다. 뉴턴은 데카르트의 빛과 색에 관한 기계적 이론이 말도 안 되는 엉터리라는 것을 밝히겠다는 목표가 있었다. "어떤 신사가 색은 기계적이고 프리즘이 흰 색을 빛을 띠게 만들어주는 것이라고 주장했지만, 이 이론은 불충분할뿐만 아니라 지성적이지 못하다"라고 하였다. 뉴턴은 그의 빛에 대한 이론의 운명을 결정해줄 몇 개의 실험을 계획했다. 뉴턴은 창문 셔터에 작은 구멍을 뚫어서 반대편 벽에 태양빛이 비치도록 하고는 태양빛을 프리즘에 비추었다. 그 후 매우 조심스럽게 프리즘을 놓아서 태양빛이 입사하는 각도가 나가는 각도와 같도록 프리즘을 조절하였다. 몇 주간 노력한 끝에, 그는 드디어 인공적인 무지개를 만들어낼 수 있었다. 그리고 그는 이 빛 띠에 이름을 붙였는데 그 이름은 바로 '스펙트럼'이었다. 사상 처음으로 뉴턴은 태양빛의 색을 측정했던 것이다. 몇 백년 후 스펙트럼에 관한 지식은 엑스선, 전자파, 자외선과 적외선으로 이어졌다. 심지어 별들이 무엇으로 이루어졌는지 밝혀내는데 쓰이기도 하였다.
뉴턴에게 스펙트럼은 시작일 뿐이었다. 뉴턴의 실험 중 가장 중요한 것은 훗날 '결정적 실험'이라고 불리게 된 실험이다. 뉴턴은 자신이 데카르트의 색의 기원에 대한 이론을 박살내버릴 방법을 찾아냈다고 믿었다. 만약 데카르트의 이론이 허황되었다는 것을 밝힌다면 데카르트의 모든 철학이 무너지게 되는 것이고, 뉴턴은 데카르트와 그의 동료들이 만들어낸 사이비 종교를 없애기를 바라고 있었다. 그리고 이 모든 것이 '흰 빛이 순수한가', 그리고 '데카르트가 말한 대로 프리즘이 빛을 변형시켜 색을 만드는 것인가'라는 질문에 달려있었다. 뉴턴은 이것을 확인하기 위하여 스크린에 구멍을 뚫어서 빨간 빛만이 통과할 수 있도록 하였다. 만약 데카르트가 맞았다면, 두 번째 프리즘이 빨간 빛을 변형시켜 새로운 색들이 나타날 것이었다. 뉴턴이 맞았다면, 빨간 빛은 그대로 빨갛게 남을 것이었다. 이 실험이 결정적이 이유는 바로 프리즘이 색을 변형시키지 않다는 것을 보였기 때문이었다. 프리즘은 색을 분석한다. 만약 스펙트럼에서 나오는 빨간 빛이 기초적인, 원초적이며 심플한 것이라면, 두 번째 프리즘을 통과하더라도 더 분석되지 않을 것이다. 따라서 이 실험은 동시에 흰 빛이 사실 7개의 다른 색으로 이루어졌다는 것을, 그리고 그 색들은, 이 빨간 빛처럼, 가장 기초적인 색이라는 것을 암시했다. 이런 관찰은 역설적이지만 명료하였다. 순수한 빛들은 각각의 색을 가진 빛들이고, 섞여 있는 빛은 바로 흰 빛이었다. 뉴턴은 충분히 설득력이 있는 실험들을 확보하고 난 후, 그는 여느 17세기 과학자처럼 행동하였다. 그는 캠브릿지에서 편지를 통해서 영국 왕립 협회에 실험들과 수행 방법을 적어서 학회에서 재현할 수 있도록 했다. 그 재현을 통하여 뉴턴은 동시대의 빛과 색에 대한 생각들이 모두 완전히 틀렸다는 것을 보여주었다. 그는 그렇게 빛의 이론을 새로 썼으며, 1703년에 뉴턴은 런던 왕립협회의 회장이 되었다. 뉴턴은 그의 위대한 논문으로 평가 받는 '빛과 색에 대하여'를 집필하였다. 그 논문은 출간되자
마자 현대 실험철학에 있어서 가장 위대한 업적들 중 하나로 평가 받고 있다.
그리하여 빛이 본성에 대한 질문을 넘어서는 단계에 이르게 되었다. 빛의 성스러운 본성에 대한 논쟁으로 시작한 것이 이제는 훨씬 더 거대한 것으로 변하였다. 빛에 대한 설명은 철저한 실험에서 나온 관측을 바탕으로 이루어져야 한다는 뉴턴의 고집스런 생각은 깨우침을 불러왔다. 그리고 이 깨우침을 통해서 우리는 현대의 과학적인 세계관을 탄생시켰다. 옛 질문들은 우리가 어디에서 왔는가, 무엇으로 이루어졌는가, 미래는 어떨 것인가 하는 종교적인 것이었지만, 17세기 아이작 뉴턴의 영향으로 전례 없는 일이 일어났다. 창조를 밝히는 새로운 방법이 발명된 것이었다. 실험적 방법, 빛에 대한 실험들이 현대의 세계에서 이 세상을 이해하는 우리의 방법으로 이끌었다. 과학이 창조되었고, 과학의 빛으로 이 세상은 다시는 똑같이 보이지 않게 되었다. 다음 2편에서는 인류가 어떻게 빛을 조종했는지, 갈릴레오와 허셜이 간단한 빛의 도구로 전 우주관을 뒤집었는지에 대해서 논하게 될 것이다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
독창적인 인간들은 빛을 조작하고 바꾸어 굉장히 정밀한 광학 도구들을 만들었다. 이 도구들로 항해사들은 지상 또는 바다에서 여행할 수 있게 되었고 화가들은 놀라울 정도로 사실적인 묘사를 할 수 있게 되었으며 우리가 거의 무한히 멀거나 상상할 수 없을 만큼 작은 것을 볼 수 있게 해주었다.
빛의 이해에 대한 새로운 여행은 1500년 때의 북유럽 쪽의 발트해에서 시작되었고, 이것은 학자나 과학자가 아닌 상인들과 항해사들에 의해 시작되었다. 16세기에는 이 바다가 세계에서 가장 많이 이용되는 항로 중에 하나였다.항해사들은 항해 범위를 중국, 인도 제국, 그리고 남아메리카까지 크게 넓혀나갔다. 발트해를 오가는 무역 상품들은 호박(보석), 가죽, 밀, 목재였고 그 무역이 원활히 이루어지기 위해서는 확실하고 전문적인 항해법이 필요했다. 항해 기술을 전문화시키기 위해서는 빛에 대한 이해가 필요했고, 필요에 따라 발트해의 항해사들은 그 당시 최고의 별 관찰 도구를 만들었다.
이 편에서는 티코 브라헤, 갈릴레오 갈릴레이, 로버트 훅, 윌리엄 허셜, 올레 뢰머, 찰스 다윈, 윌리엄 톰슨과 러더퍼드가 등장한다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
티코 브라헤는 거칠고 싸우기를 좋아했다. 그가 학생일 때는 말다툼을 하기 일쑤였는데 한 번의 말다툼도 치명적이었다. 싸움은 항상 누군가가 티코의 천문학적 예측에 도전장을 내밀 때 시작되었다. 언쟁을 뒤따르는 칼싸움에서 티코의 콧등이 잘려나갔다. 하지만 티코는 이를 부끄러워하지 않았고, 대신 그 위에 금속을 덮어씌웠다. 일상생활에서는 구리로 만든 금속을 사용했고, 격식을 차려야하는 특별한 경우에는 금을 사용했다. 티코의 코는 그가 자랑스러워하는 흉터였다. 그 흉터는 그가 바보들은 상대하지 않을 것을 의미했다. 또한, 흉터는 그가 적대적인 사람이었음을 알려주는 배지이다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
티코브라헤는 벤(스웨덴) 섬에 살면서, 항해사들이 쓰던 도구에 눈금을 새겨 엄청나게 체계적으로 별에 대한 연구를 했다. 티코는 더 완벽한 하늘의 지도를, 지구에 사는 인간들의 미래를 정확히 예측하게 해주는 지도를 만들고 싶어 했다. 티코는 점성학을 깊게 믿었다. 그는 별과 행성들에서 나오는 빛들로 하늘이 여기 지구에서 일어나는 일들을 조절한다고 생각했다. 그래서 티코는 날씨, 인생, 그리고 왕들의 죽음에 대해 각종 예측을 했다. 그는 이런 예측들로 덴마크의 왕, 프리드리히 2세에게 아첨했고 그것에 대한 대가로 왕은 그에게 벤 섬을 통째로 티코가 별들에 대해 연구할 천문대를 지을 수 있도록 주었다. 티코의 천문대는 최첨단 기술들로 이루어져 있었다. 그는 천문대를 정교하게 만들어진 사각형 돌들과 시계들로 채워서 당시의 가장 정확한 별자리표를 만드는 데 사용하였다. 아직까지 남아있는 것은 티코의 가장 놀라운 관측 도구인데, 바로 그의 정원 화단이다.(사진) 이 도구를 가장 잘 보는 방법은 위에서 보는 것이다. 티코는 황도대의 별자리들을 나타내기 위해, 또, 별들의 위치를 표시할 수 있게 땅을 구획했다. 천문대의 배치는 완벽히 대칭적인데, 두 장축 중 하나는 정확히 남과 북을, 다른 하나는 정확히 동과 서를 가로지르고 있으며, 가운데에는 높은 벽에 둘러싸인 큰 관측소 건물이 있다. 벽과 건물 사이에는 약초 정원, 각 약초가 그 약초의 힘을 조절하는 12궁을 향해 심어져 있는 점성술 정원이 있다. 정원은 천문학적 궤도 질서를 나타내고 있다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
티코는 1577년 11월 13일에 관측하는 도중 그의 머리 위로 혜성 하나가 하늘을 가로질러가는 것을 보았다. 티코는 그 관측에 매료되어서 밤마다 혜성의 위치를 집요하고 꼼꼼하게 측정하며 추적했다. 티코는 그 때는 몰랐지만 이것은 위험한 자료, 신이 창조한 우주의 자연에 도전하는 자료였다. 교회는 신이 지구를 우주의 중심에 놓았다는 것이 절대적 사실이라고 주장했는데, 그 주장에 따르면 그 중심의 주변에는 여러 큰 수정으로 이루어진 천구들이 있고 달, 해, 행성들, 그리고 마지막으로 별들을 거기에 위치해야 했다. 이 수정 천구는 뚫을 수 없으며, 어느 것도 이것을 통과할 수 없다고 했다. 이 모든 것들에 티코의 혜성이 도전장을 내밀게 되었다. 하늘에 혜성이 움직이고 있다는 것을 알았지만, 수정 천구가 있기 때문에 혜성은 그것을 통과해 움직일 수 없었다. 그러면 혜성은 달보다도 훨씬 더 지구와 가까이 있어야한다. 혜성이 하늘을 가로질러가자, 티코는 그 움직임을 정확히 측정하여 최초로 지구로부터의 혜성의 거리를 계산할 수 있게 되었다. 티코가 이용한 방법은 시차라고 하는 빛의 성질에 기반을 둔 것인데, 이 기술은 항해사들 사이에서 흔히 쓰이는 기술이었다. 하지만 이것은 티코가 본 것과 달랐다. 그가 본 것은 별들을 배경으로 하여, 굉장히 천천히 움직이는 혜성이었다. 이것이 의미하는 바는 하나 밖에 없었다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
혜성은 달보다 훨씬 먼 곳에서 움직이고 있어야하고 혜성은 사람들이 수정 천구로 이루어져 있다고 상상한 하늘에서 움직이고 있어야했다. 티코가 그의 관측 결과를 확인한 바로는 혜성은 무려 달보다 6배만큼 멀리 떨어져 있었다. 즉, 혜성은 하늘의 공간들을 통과하고 있었다. 티코의 혜성은 기존의 우주 모델을 완전히 뒤엎었다. 만약 수정 천구들이 존재했다면, 혜성은 그것들을 깨고 통과해야만 했다. 티코는 굉장히 정밀하게 관측했고 관측 결과들이 보여준 것은 교회의 우주를 보는 전통적인 관점이 잘못되었다는 것이었다. 수정 천구는 존재하지 않았다. 그리고 별들, 행성들, 혜성까지의 거리는 상상을 초월한 만큼 멀었다. 적극적인 덴마크 천문학자의 최후에는 일들이 잘 풀리지 않았다. 혜성 관측 이후로 덴마크 왕과의 관계는 완전히 단절되어 버렸고, 그는 천문대를 떠나야만 했다. 티코는 곧 어느 축하연에서 취한 뒤로 앓게 된 방광염으로 사망하고 말았다. 하지만 티코는 역사에 한 획을 그었다. 그는 정확히 별들의 위치를 표시하고 측정한 최초의 사람이었다. 그의 업적은 교회의 주장들을 흔들리게 했다.
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유리가 모든 것을 바꿔놓았다. 사람들은 유리를 통해 매일 하늘을 관찰하기 시작했고, 그들은 100년 묵은 종교적 교리를 파헤쳤다. 이것은 15세기 베네치아에서 유리 제작에 대한 혁명으로부터 시작되었다. 유리는 그들의 수상 도시의 무역을 독점했던 위대한 베네치아 상인들의 부를 과시하는 방법 중 하나였으며, 곧 돈이며 사치품이었다.
16세기부터 베니치아인들은 '크리스랄로'라는 견줄 나위 없이 아름답고 투명한 유리를 만들 수 있게 되었다. 그리고 사람들은 유리가 독특한 성질인 빛을 휘게 하여 방향을 바꾸도록 하는 굴절을 알게 되었다. 이것이 사람들에게 잘 알려졌을 때에는 이미 읽는 것을 더 쉽게 하기 위해, 또 초점을 맞추기 위해 렌즈가 사용되기 시작했다. 유리의 이 비상한 성질은 확실히 인간들이 세상을 보는 방법을 바꿨다. 하지만 르네상스의 베니치아에서는, 유리는 그저 장식, 자질구레한 장신구, 장난감으로 여겨졌다. 그래서 1609년에는, 렌즈를 이용해 먼 물체들이 가까이 있는 것처럼 보이게 하는 스파이글라스라는 장치를 판다는 소문이 있었지만 아무도 심각하게 받아들이지는 않았다.
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가난한 수학 교수, 갈릴레오 갈릴레이는 스파이글라스에 관한 소문을 가볍게 여기지 않았다. 갈릴레오는 쌍안경에 대한 소식을 처음 1609년도의 여름쯤에 들었다. 그는 매우 똑똑하고, 박식하고, 가난했다. 그는 그가 가지고 있는 저임금의 교수직보다 더 좋은 직장을 원했고, 그는 자신이 시장이나 후원자에게 제공할만한 대단한 새로운 기술을 만든다면, 그의 이름, 명성, 그리고 보수는 보장될 것이라는 것을 알았다. 그리고 이것이 바로 그가 스파이글라스에 대한 소식을 듣고 생각한 것이다 하지만, 한 가지 문제점은 정밀한 유리 조각들은 주로 사기꾼들이 판다는 것이었다. '셜러튼(허풍쟁이)'은 이탈리아 단어인데, 그 원래 뜻은 광장 한 가운데의 무대에 올라가 뱀 기름과 같은 이상한 것들, 매독 치료제나 여자들이 사랑에 빠지도록 하는 것들을 파는 사람들이었다. 갈릴레오가 해야 될 일은 사기꾼들이 무엇을 하는지를 알아내는 것과 사람들이 자신을 사기꾼 중 하나라고 생각하지 않도록 하는 것이었다. 갈릴레오는 스파이글라스가 자신에게 빠르게 돈을 벌어다줄 것이라고 믿었고 갈릴레오에게는 멀리 있는 물체들을 가까이 있는 것처럼 보이게 하는 이 기계가 단순한 장난감만은 아니었다. 군사적이고 상업적 도시인 베니치아에서 스파이글라스는 가치가 매우 컸다. 베니치아 해군은 적들이 도착하기 몇 시간 전에 알아챌 수 있을 것이고, 무역가들은 항구로 들어오는 물품들을 미리 보아 그에 따라 가격을 조정할 수 있었을 것이다. 그리고 물론 갈릴레오 자신에게도 큰 도움이 될 수 있었다. 갈릴레오는 단번에 그의 지역 유리 공장들에서 좋은 렌즈들을 구했고, 그것들을 가지고 시험했다. 그 결과는 천문학을 영원히 바꾸어 놓았다. 갈릴레오는 매우 강력한 오목 렌즈를 눈 가까이에 배치한 후 튜브 상의 정해진 거리만큼 떨어진 곳에 볼록 렌즈를 놓음으로서 사물들을 똑바로 서 있도록 할 뿐만이 아니라, 확대도 8, 9배나 할 수 있게 만들었다. 이전 까지는 물체들의 위아래가 뒤집혀 보였고, 고작 2, 3배로만 확대할 수 있었다. 갈릴레오는 이것을 베니치아 정부에게 팔면 큰 돈을 벌 수 있을 것이라고 믿었다. 하지만 먼저, 그는 그가 사기꾼이 아니라는 것을 증명해야 했다. 그래서 그는 그를 의심하는 사람들을 베니치아의 벨 탑 위로 데려와 이 도시의 익숙한 전경들을 보여주었고 그들이 직접 망원경을 통해 보도록 하여 그가 방금 확대를 했고, 그것이 신뢰할 만한 것임에 동의하도록 했다. 그가 하려는 것은, 사람들이 망원경 속을 통과한 빛이 신뢰할 만한 정보를 지니고 있다는 것을 인정하게 하는 것이었다. 결국, 베니치아 정부는 이 망원경이 단순히 속임수가 아니라는 것에 설득이 되었고, 그들은 갈릴레오의 제안을 받아들여 그를 후하게 보상했다. 갈릴레오는 베니치아 정부와 협상하는 것에 매우 교활했는데, 갈릴레오는 그의 새로운 망원경 제조 독점권과의 교환으로 그의 보수를 크게 올려주기를 부탁했다. 그 제안은 받아들여졌지만, 바로 다음 날, 정부는 베니치아의 시장들에서 허풍쟁이가 판매하고 있는 것을 발견해서 정부는 갈릴레오의 보수를 올리는 것을 거절했다. 하지만 갈릴레오는 이제 그가 원하던 것인 조금의 돈과 빛을 조작할 수 있는 도구, 망원경을 가지게 되었다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
갈릴레오는 망원경을 처음으로 하늘을 향하도록 했다. 갈릴레오는 망원경을 통해 사람들이 존재할 것이라고 상상도 못해 본 세상을 보았다. 그 후 몇 달 동안 갈릴레오는 달의 표면에서 볼 수 있는 것들에 대해 큰 흥미를 가졌다. 그 표면은 울퉁불퉁 했고, 분화구와 산이 있었다. 그는 심지어는 달에 위치한 산들의 높이까지 측정했다. 그 산들의 높이는 4 마일(6.44km)이었다. 또한, 그는 맨눈으로 볼 수 있는 별들보다 훨씬 더 많은 별들을 보았다. 그 전까지도 누구도 이런 것들을 보지 못했고, 망원경은 어느 누가 상상한 것보다 우주가 훨씬 더 크고 복잡하다는 것을 밝혀냈다. 갈릴레오는 그가 발견한 것들을 최대한 빨리 "시데리우스 눈치우스"라는 책으로 출간했다. 이 책은 이전의 상식과 다른 내용을 가지고 있었고, 대중들이 이 책을 열심히 읽긴 했지만, 불안하고 혼란스럽게 느껴졌다. 이 책은 육안으로는 볼 수 없는 수백 개들의 별들을 보여주었다. 이 책은 달의 산들, 분화구, 달의 바다들을 보여주었고, 그 전엔 상상도 못한 별들을 보여주었다.
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1610년, 6월 10일 갈릴레오는 4개의 위성들이 목성 주변을 도는 것을 보았다. 이 관측이 500년 동안 세계를 보는 관점을 흔들었다. 예로부터 사람들은 자신들을 특별하다고 지구상에서 중추의 위치에 서있다고 믿었고 기원에 대한 책들은 신 혼자만의 생각으로 인간은 만들어졌고, 우주의 중심인 지구에 놓여 있다고 말했다. 모든 행성들과 태양은 지구를 중심으로 돌고 있다고 믿었다. 하지만 갈릴레오의 망원경에 따르면, 책들은 사실이 아니었다. 갈릴레오의 목성 주위를 도는 위성에 대한 발견은 천체들이 무언가 다른 곳을, 다른 행성을 중심으로 돌고 있고 우주에는 움직이는 것이 많은데 각자가 다른 중심을 향하여 돈다는 것을 더 신뢰성 있게 했다. 갈릴레오의 업적은 태양이 중심에 있다는 우주의 새로운 모델에 대한 근거였으며 그때부터 지구는 태양 주위를 도는 그저 다른 행성일 뿐이었다. 교회의 우주 창조론 모델은 갑자기 곤경에 처했다. 교회의 위상과 권력은 위험에 처해있었지만, 갈릴레오는 교회를 파괴할 의도가 아니었다. 갈릴레오는 종교를 믿는 사람이었고, 단순히 교회가 어리석어 보이지 않게, 모든 것을 바로잡기를 바랐다. 그리고 그는 공공연하게 성경이 어떻게 천국에 갈 수 있는지는 말해줄 수 있으나, 하늘이 어떻게 돌아가는지 알려주지 않는다고 말했다. 갈릴레오는 그의 망원경을 그저 돈을 벌기 위해 만들었지만 의도와는 다르게, 갈릴레오는 빛을 이용해 하느님의 위상에 치명적인 영향을 주었다. 갈릴레오의 망원경이 성공한 뒤에, 렌즈 시장은 흥했고 렌즈는 거의 세계적인 기술이 되어서 생활의 모든 부분에 영향을 주었다.
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미술 또한 빛과 렌즈의 조합에 영향을 받았다. 물감을 칠하는 것이나 그림을 그리는 방법에는 극적인 변화가 왔고, 세계를 표현하는 방법에 있어 새로운 종류의 사실주의가 등장했다. 처음으로 평상시의 일상생활이 화가들의 그림의 주제가 되었다. 이 모든 것은 카메라 옵스큐라라는 장비로 가능케 되었다. 화가들은 17세기 중반에 렌즈를 이용한 카메라 옵스큐라에 관심을 가지기 시작했다. 그 중 대표적인 예는 페르메르이다. 렌즈 기술과 옵스큐라가 뜻했던 것은 예술가들이 그들의 주변에서 볼 수 있는 것들을 현실적인 이미지로 만들어냈다는 것이다. 망원경은 거대한 세계와 작은 세계로 하여금 사람들 간의 관계를 완전히 바꾸어 놓았다. 그리고 지금, 카메라 옵스큐라는 사람들에게 현실적이고 정밀한 세계의 설명을 제공한다. 17세기 유럽에서, 렌즈는 세계의 모든 측면을 관찰하는데 쓰였다.
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이때 사람들은 하늘뿐만 아니라 지구 아래쪽 까지도 관찰했다. 1660년대의 영국은 급속히 발전하고 있었고 세계 상업의 중심지였다. 영국이 무역을 통해 성장해 가는 동안 학자들 또한 새로운 세계를 개척해 나갔다. 그리고 학자들 중엔 로버트 훅이 있었다. 로버트 훅은 1666년 화제 이후 런던의 길을 디자인한 기술자였으며 빛에 관심이 많은 사람이었다. 독특했지만 총명했던 훅은 자기 자신을 대상으로 실험을 했다. 훅은 직접 납을 마셔보았더니 어지러웠고 현기증을 치료하기 위해, 피를 7온스를 뺐다. 현기증은 계속되었지만 생강을 코로 들이쉬자 코에 있던 두꺼운 젤리 덩어리를 불어 내어서 상태가 훨씬 나아졌다. 그리고 훅은 복통을 치료하기 위해, 일부러 자신을 아프게 하고 아침에는 속을 쓰리게 하는 휘발성의 약쑥으로 실험을 했다. 이렇게 훅은 모든 것이 어떻게 돌아가는지 집중적으로 캐물었다. 해부학, 공학, 철학, 모든 것은 훅의 연구의 윤활제가 되었다. 훅의 가장 큰 열정은 빛이었고, 훅은 유리 공작에 뛰어났기 때문에 정확한 도구와 기술을 가지고 있었다. 또한 훅은 런던 유리 무역에 아주 능숙한 협력자가 있었고 가장 우수한 렌즈를 만들 수 있었다.
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훅은 망원경으로 보는 천문학과 같은 기술을 쓰는 현미경을 만드는 쪽에 관심을 가졌다. 왜냐하면 확대에 대한 원칙은 같게 적용이 되기 때문에 아주 작은 것을 크게 볼 수 있기 때문이다. 훅이 그의 현미경 렌즈를 통해서 본 것은 아름다움, 공포, 외계인처럼 생긴 곤충, 흉측한 괴물의 모형의 세계였다. 훅은 매 분마다 정교한 그림으로 세부사항을 기록했다. 그리고 1665년, 그는 현미경을 통해 본 것을 담은 책, Micrographia를 출판했다. 사무엘 피프스는 이 책을 받고서는 이틀 밤을 새우며 읽었고 그 책을 그가 평생 읽어본 책 중 가장 독창적이라고 했다. 훅의 현미경 세계는 멋졌지만 또한 극도로 위협적이기도 했다. 사람들은 상상할 수 없는, 아주 작지만 복잡한, 세계를 Micrographia를 통해 보았다. 사람들이 여태껏 꿈도 꾸지 못한 물질, 생명체, 그리고 구조들이 몸 속, 머리카락 속, 피부 아래처럼 그들의 주변에 있었다. 이해하지 못한 생명체와 구조들의 세상이었다.
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로버트 훅은 강박적이었던 자가 실험으로부터 입은 손상으로 인해 결국 죽고 말았다. 그리고 훅이 남기고 간 것은 사람들은 자신들이 더 이상 독특하거나 특별하다고 볼 수 없게 만든 미소 세계였다. 사람들은 혼란에 빠졌고, 그들은 그들이 신으로부터 선택을 받은 존재인지, 그리고 신이 존재하는지에 대해 질문을 하기 시작했다.
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현미경과 함께한 로버트 훅의 업적은 자연학의 경계를 완전히 바꾸어 버렸다. 실제로 18세기에는 유럽 전체에 걸쳐 사람들은 그들이 어떤 종이었고, 어떻게 분류되는지 알아내기 위해 동물, 채소, 그리고 식물의 표본을 수집하기 시작했다. 1700년대 당시에는 분류가 가장 인기 있는 단어 중 하나였고 그것을 논하는 데 가장 인기 있었던 장소는 바쓰였다. 바쓰는 18세기의 라스베가스였고 풍족했으며, 신흥도시였다. 도시는 지식인들로도 유명했다. 지식인들은 커피집이나 온천 주변에서 수다를 떨었다. 그들은 생명, 우주 등 모든 것에 관한 아이디어를 공유했다. 윌리엄 허셜은 바쓰로 연주를 하기 위해 독일에서 온 음악가였다. 허셜은 빛에 대한 이해를 극적으로 바꾸어 놓았다. 그는 바쓰의 살롱에 있는 철학자들과 섞이면서, 분류에 대해 관심을 가지게 되었다. 허셜은 바쓰의 지적 사회에서 산호를 공부하면서 큰 문제는 산호가 동물인가, 식물인가를 고민했다. 허셜은 현미경을 가지고 산호를 자세히 연구하기 시작했고, 허셜은 그 문제에 빛과 렌즈를 적용시켰다. 허셜이 본 것은 얇은 세포벽이었고 이전까지는 식물로 생각되었던 산호가, 실제로는 동물이었다. 허셜은 창의력의 거대한 도약을 가져왔다.
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지구에서의 빛과 렌즈를 이용한 접근이 된다면, 하늘에서도 똑같이 적용될 것이다. 허셜은 살아 있는 생물들을 분류하는 것처럼 별들을 분류했다. 허셜이 필요로 했던 것은 어떤 종류의 별인지, 성운인지, 은하인지 분류해낼 만큼 우주를 깊게 투과할 정도의 거대한 망원경이었다. 허셜은 첫 번째로 하늘의 자연학자가 되었다. 하지만 거대한 망원경을 세우는 데에는 문제가 있었다. 갈릴레오의 작은 망원경 이후로 사람들은 점점 더 긴 망원경을 만들었지만, 렌즈의 초점이 완벽하게 맞지 않아 상이 맺히지 않았고 망원경은 관리가 힘들었다.
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허셜은 아이작 뉴턴의 아이디어를 적용시킬 수 있다고 생각했고, 렌즈들을 거울로 교체했다. 곡면 거울은 렌즈처럼 확대를 하는데다가 다른 비슷한 렌즈들에 비해 더 많은 별빛을 붙잡았다. 문제는, 아무도 이전까지 그렇게 큰 거울을 만들어 본 적이 없어서 빛을 모으기 위해 매우 정교하게 곡선을 만들어야 한다는 것이었다. 그래서 허셜은 그 일을 독자적으로 했는데 허셜은 부엌을 거울을 만드는 공장으로 바꾸었으며 하루에 16시간을 거울이 빛을 초점을 맞추기 위해 똑바른 곡면을 가지라고 광을 내는데 사용했다. 허셜은 이 일에 몰두했고 세계 최고의 거울 만드는 사람이 되었다. 허셜은 거울을 완벽하게 만들어서 그의 망원경 안에 넣었고, 허셜은 사람들에게 거울의 상을 보여 주기 위해 정교한 장치를 고안했다. 망원경으로 들어오는 빛은 거대한 곡면거울에 반사되어 각도를 이루고 있는 작은 거울로 가게 된다. 두 번째 거울을 보면 아무런 방해 없이 밝게 빛나는 상을 볼 수 있다. 얼마 후 이 새로운 망원경으로 허셜은 놀라운 발견을 했다. 1782년 3월 13일, 그가 본 것을 처음에는 혜성이라고 생각했었지만 곧, 그것이 처음으로 발견되어 역사에 기록된 새로운 행성임을 알았다. 왕 조지 3세의 후원을 받으려고, 허셜과 그의 친구들은 그 이름을 '조지의 별' 이라고 지었지만 다른 사람들은 그렇게 부르지 않았으며, 결국 그 행성은 지금 천왕성이라고 알려져 있다. 그것은 허셜의 천문학에 있어서 엄청난 업적이었다. 이 행성을 찾음으로써, 허셜은 알려져 있던 우주의 크기를 두 배로 늘렸다. 조지왕은 생명보험과 Slough에 있는 집으로 보상했고 그를 역사상 가장 성공적인 아마추어 천문학자로 만들었다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
빛의 속도는 그리스인들부터 논의되어 온 흥미로운 주제였다. 빛의 속도를 측정하는 방법의 해답은 태양계의 운동 속에 있는데, 그중에서도 특히 목성주위의 위성(갈릴레오가 망원경으로 발견한 위성)의 움직임에 있었다. 1676년에 젊은 덴마크 천문학자 올레 뢰머가 지구에서 목성의 위성을 관찰했다. 왜냐하면 뢰머는 위성들이 행성 주위를 도는데 걸리는 시간을 재고 싶었기 때문이다. 그리고 뢰머는 아주 놀라운 것을 찾아냈다. 뢰머가 측정한 시간은 지구와 목성 사이의 거리에 따라 달라졌다. 지구가 그 궤도에서 목성과 더 가까워지면, 목성주변의 위성들이 더 빨리 돌았고 멀어지면, 위성이 목성 주위를 더 천천히 돌았다. 그리고 뢰머는 그 차이를 빛이 목성에서부터 지구로 오는데 걸리는 시간 때문이라고 설명했다. 빛은 거리를 가는데 시간이 걸리고 뢰머는 그 속도를 측정할 수 있었다. 뢰머는 빛의 속도를 계산했고 빛의 실제속도인 300,000km/s에 아주 가까운 수치를 얻었다. 빛이 거리를 가는데 시간이 걸린다는 것과 광속의 정확한 측정은 놀라운 발견이었다. 윌리엄 허셜은 정확한 빛의 속도가 그와 그의 연구에 어떤 의미가 있는지 깨달았다. 허셜은 계산을 하고 나서 은하수로부터 빛이 그의 반사장치에 도달하기까지 수백만 년이 걸린다는 걸 깨달았다. 그래서 허셜의 망원경은 타임머신 같은 것이었다. 허셜의 발견은 엄청나게 충격적이었으며 허셜을 유럽에서 가장 유명한 천문학자로 만들었다. 허셜의 망원경을 통해 수많은 별들을 보고, 여러 번에 걸쳐서 우주를 확장시키면서 은하수 전체를 기록했다. 전통적으로, 태양계가 세계의 한계라고 생각되어 왔지만 허셜에게 태양계는 단지 은하수 안의 수많은 '계' 중 하나였다. 우주의 크기는 엄청나게 확장되어갔고 허셜은 엄청난 크기의 우주를 통해서 그가 보는 것이 옛날의 우주이라는 것을 깨달았다.
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이 두 가지 발견들, 우주의 거대한 크기와 나이를 통해서 허셜은 큰 아이디어를 생각했다. 그는 개나 나무처럼, 별 또한 태어나고 자라거나 죽을 것이라고 믿었다. 허셜은 우주는 거대하고 한계가 없다고 믿을 뿐만 아니라 많은 면에서 생명이라는 것을 믿었다. 그가 만든 망원경으로 우주를 보는 것은 엄청나게 오래된 식물들의 전체 주기를 뒤돌아보는 식물학자나 박물학자와 비슷했다. 즉, 그는 우주의 과거를 그의 망원경으로 들여다봄으로써 다양한 단계의 발달에서의 우주와 그 내용물을 볼 수 있었다. 우주를 차지하고 있는 것들인 별, 성운, 그리고 행성들은 동물들처럼 생활사를 가지고 있었다. 그리고 중요한 점으로, 허셜은 별들에게 있어서 생활사는 그들의 빛이라고 생각했다. 허셜은 더 멀리 생각해 별들이 빛으로부터 탄생한다고 결정했다. 여러 방면으로, 허셜의 아이디어는 많은 동료들에게 충격적으로 보였다. 허셜의 아이디어가 뜻하는 바는 지구는 이제 이 우주에서 완전히 사소한 물체이고 태양계는 그저 은하수의 서쪽 나선팔의 작은 별 중 하나라는 뜻이었다. 그리고 은하수 안에, 우주 안에는 어마어마한 수의 별을 가진 성운이 셀 수 없을 정도로 있다. 윌리엄 허셜은 우주를 아주 크고, 아주 오래되었으며, 끊임없이 진화하고 있는 존재라고 했다.
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허셜의 아이디어는 위험하고도 위협적이었다. 그 이유는 인간의 특수성을 약화시켰기 때문이다. 허셜의 아이디어는 우주를 더 크고 오래된 것으로 만들었지만 인간이 살아가기에는 더없이 위협적인 곳으로 만들기도 했다.
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허셜이 말한 것은 빛의 구름으로부터 별들이, 항성이, 그리고 우리의 태양이, 우리의 행성이 발달했다는 것이다. 이 점진적으로 변화가 거듭된다는 생각은 젊은 자연학자였던 찰스 다윈이 위험한 과학적 아이디어인 진화론을 제시하도록 직접적으로 영감을 주었다. 19세기 초에는, 진화론이 있을 수 있는 일이 되어버렸다. 창조 없이, 기적 없이, 사실상 신 없이도 어떻게 엄청난 다양성의 생명체들이 이 행성에 나타났는지에 대해 말할 수 있는 자연법칙이 있다고 상상하는 것이 가능해졌다. 그리고 1859년, 찰스 다윈은 “자연 선택에 의한 종의 기원”을 출판했다. 이것은 창조론을 대체할 더 자연적이며 법칙적인 시도였다. 그 아이디어에 매료된 사람들이 있었지만, 대부분의 사람들은 이 책이 터무니없다고 평가했다. 빅토리아 시대의 물리학자와 기술자들은 다윈의 반창조론적 이론의 편에 서지 않았다. 그리고 그들은 다윈이 틀렸다는 것을 증명할 좋은 방법이 있었다. 다윈의 진화론을 증명하려면 수억 년의 시간이 필요했고, 영국에서 가장 영향력이 컸던 물리학자 켈빈 경(윌리엄 톰슨)은 다윈에게 충분한 시간을 주지 않았다. 켈빈은 물리학이 창조론을 증명했으며 그의 근거는 에너지와 빛의 놀라운 원천인 태양에 근거한다고 주장했다. 과학자들은 생물에 필요한 모든 물질 중에서도, 빛이 가장 중요한 것임을 깨달았다. 태양빛은 식물이 자라는데 연료가 되고, 그것이 다른 동물의 먹이를 생산함으로써 모든 생명의 동력이 된다. 켈빈 경이 주장한 것처럼 태양이 중력 아래 오래 응축된 품질 좋은 석탄 같은 연료로 만들어졌으면, 태양은 수천만년 밖에 연료를 태울 수 없다. 이 시간은 진화가 일어나기에 충분하지 않았다. 태양빛은 창조론자들의 편에 섰고 다윈은 켈빈의 주장에 아무런 대답을 하지 못했다. 이때는 진화론이 그저 '아이디어' 로만 남게 되는 것처럼 보였다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
1904년, 젊은 뉴질랜드의 물리학자 러더퍼드는 영국의 왕립과학연구소에 방사능의 발견을 발표했다. 러더퍼드는 방사능이란 태양이 수십억년 동안 계속 탈 수 있는 새로운 형태의 에너지라고 발표했다. 이는 다윈이 진화론을 설명하는데 필요로 했던 것보다 충분히 많은 시간이었고, 물리학자들은 진화학자들에게 응당한 벌을 받았다. 20세기 중간부터, 핵물리학은 별이 어떻게 그들의 중심부에서 핵융합이 일어나서 우리에게 별빛이라 보이는 엄청난 양의 에너지를 생산하는지 설명할 수 있었다. 진화론적 규모의 시간의 답은 별빛의 핵물리학이었다. 빛은 진화론을 이기게 해주었다. 진화론은 그저 생명의 발생과 역사로써 가능할 수도 있는 이야기에서 유력하고, 권위 있는 이론이 되었다.
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빛은 신과 기적이 필요하지 않은 세상의 역사에 대한 증거를 제공해 주었다. 이제, 빛은 우주의 기원인 수십억 년 전까지 거슬러 올라갈 수 있다. 허블 우주 망원경은 우리가 가지고
있는 가장 강력한 망원경이다. 그 안에는 허셜의 직경 2.4m의 거대한 거울이 들어있다. 과학자들은 정말로 믿기 힘든 것을 밝혀내기 위해 망원경을 사용한다. 바로 하늘에서 가장 오래된, 빅뱅 직후에 태어난 130억 년 전의 별을 허블 우주망원경을 사용하여 볼 수 있다.
라이트 판타스틱 2부, 천상의 빛(The Light of Reason)
결과적으로, 우리는 시간을 되돌아 볼 수 있고 우주의 기원을 볼 수 있다. 과학자들은 빛을 세상이 시작할 때의 과학적 이야기를 밝히는 도구로 사용했다. 과거에는 우리는 우주를 이해할 수 없고, 기적적인, 신의 행동의 결과라고 생각하곤 했다. 하지만 인간의 독창적인 도구를 이용한 빛의 조작으로 인해, 우리는 완전히 우리의 세계에 대한 모델을 바꾸었다. 갈릴레오의 망원경, 로버트 훅의 현미경, 윌리엄 허셜의 거울은 빛을 이용해서 우주를 설명될 수 있고, 이해할 수 있는 공간으로 만들었다.
라이트 판타스틱 3부, 지상의 빛(The Stuff of Light)
이 편에서는 우리가 어떻게 빛의 정체를 알게 됐는지, 그 과정에서 어떻게 현대 세계를 창조했는지에 관한 이야기이다. 150년 전, 하늘에 국한되어 있던 빛을 우리가 인공적으로 제어할 수 있게 되었다. 여기서는 인간이 빛에 대한 사실들을 깨닫고 그 과정에서 나타난 새로운 법칙들, 즉 빛의 비밀에 관해 서술하고 있다. 이런 과정을 인물 중심으로 기술하고 있다. 등장하는 과학자는 제임스 클러크 맥스웰, 조셉 스완, 토마스 엘바 에디슨, 빌헬름 뢴트겐, 조셉 존 톰슨, 막스 플랑크 등이 있다.
그는 프리즘에 굴절된 빛을 구경하게 된다. 프리즘은 아이슬란드에서 발견된 특수한 크리스탈로 만들어진 것으로 당시 과학자들에게 놀라움을 선사했다. 투명한 크리스탈과 같지만 두 개의 크리스탈을 겹치면 빛은 하나도 통과하지 못하기 때문이다. 그는 프리즘과 빛이 만날 때 생기는 현상에 의문을 품고 이를 계기로 빛의 성질을 발견한다.