<이 기사는 「近代 めがね(근대 안경)」에 게재된 ‘안경광학의 발달사’ 중에서 일부를 발췌, 번역한 것입니다. - オプトサ-ビス(광학서비스), 上村和夫(우에무라 카즈오)>


중세로부터 근세에 걸쳐서 학문의 중심은 신학, 철학, 의학에 있었는데 근세로 들어오면서 자연과학은 새로 등장하는 인물로부터 관심의 대상이 되었다.

그 벽을 허문 광학자가 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei; 1564~1642, 망원경 발명)로, 그의 뒤를 이어 천재의 이름값을 톡톡히 한 위대한 과학자가 출현하게 되었다. 특히 광학분야는 안경과 안과가 서로 밀접한 유대를 가지고 있었다. 안구가 안경렌즈를 통해서 물체를 보기 위해서는 빛은 불가피한 존재이고, 시각(視覺) 또는 시기능이 작동할 대도 이 3자가 없으면 어떠한 것도 이뤄지지 않는다.

기독교 신학의 말로 대신해서 삼위일체(trinity;성부와 성자와 성령)라고 증언해도 지장이 없지 않겠는가.

그런데 안경의 출현으로부터 500여년의 세월을 거치면서 그 중요성이 커지고 빛에 관한 연구와 안구의 생리기능에 관한 연구에도 관심이 집중되었다. 빛의 본질에 전념한 것은 네덜란드의 호이겐스(Huygens)다.

그는 저서 「빛에 관한 논고」에서 빛은 파동이라고 단언하고, 빛의 굴절과 반사작용에 관하여 설명하고 있다. 빛의 파동설은 후에 영(Young)과 프레넬(Fresnel)에게 계승쪾발전되었다.

이에 대하여 빛이 입자(particles)라고 주장한 것은 뉴튼을 필두로 한 영국의 뉴튼학파였다.
아이작 뉴튼(1642~1727)은 근대 영국이 낳은 위대한 과학자로서 광학쪾수학쪾역학에 이해가 깊고, 중세의 점성술과 연금술에까지 손을 뻗히고 있었다.

사과가 나뭇가지에서 떨어지는 것을 보고 ‘만유인력의 법칙’을 발견한 에피소든 너무나 유명하다. 반사식 망원경을 처음으로 제작한 것은 뉴튼이었고, 비구면 렌즈(aspheric lens)에도 전념했으나 이것은 기술상의 문제로 빛을 보지 못했다.

광학면에서는 프리즘을 이용해서 빛을 분석하고 스펙트럼 현상, 뉴튼 환을 설명하고 있다. 이러한 지식의 연구성과는 고전적 명저 「광학」과 「프린키피아-자연철학의 수학적 원리」에 실려 있다.

뉴튼은 당시 영국 두뇌의 상징이라고 부르는 왕립협회(The Royal Society)의 회장직을 오랫동안 맡았으며(1703~1727), 조폐국 장관으로 화폐 개주(改鑄)에도 진력하였다. 그의 생일은 기이하게도 예수 그리스도와 같은 날이었는데 미숙아로 태어나 생명이 위태로웠음에도 불구하고 84세까지 장수를 누리고 서거 하였으며, 현재 그의 유해는 웨스트민스터 대성당에서 안치되어 있다.

뉴튼이 활약한 시대로부터 1세기를 거치면서 영국•프랑스•독일에서 저명한 과학자가 탄생하였다.

토마스 영(1773~1829)은 천재란 명성에 부끄럽지 않은 다재다능한 사람이었다. 두 살 때 글씨를 읽고 라틴어, 프랑스어, 이태리어, 히브리어를 이해하였다. 본래 직업은 의사로 특히 안과에 흥미를 가졌으며 해부, 생리, 기능, 난시, 색각 등을 연구하고 1803년 런던 왕립협회에서 ‘빛과 색의 이론’을 발표하고, 빛의 파동설 지지자로서 파장측정도 시도하였다.

색각에 관한 인간의 시세포는 적, 녹, 황에 반응하는 3원색설을 주장하였으며 후에 적, 녹, 자색으로 변경하였다. 영의 빛과 색각에 관한 이론은 당시 하계의 대부분을 차지하고 있던 입자설을 신봉하는 뉴튼학파로부터 맹렬한 반발을 당했다.

그러나 반세기 후 독일의 헬름홀츠(Helmholtz)가 추상체 세포의 원색에 대한 기능을 연구한 결과 그의 주장을 증명하였는데, 현재는 영•헬름홀츠 법칙이라고 부른다.

이 이론에 의하면 색각은 가시광선 영역에서 각각 녹, 청, 적색 영역에 대하여 최대 감도를 갖는 3가지 각기 다른 형태의 망막 수용체의 반응이 결합되어 이루어진다는 것이다. 덧붙여 두면 3원색설은 적, 녹, 청의 3색이지만 같은 독일인 헤링은 여기에 황색을 추가해서 ‘4원색’을 주장하였다.

현재 색각이상에 관해서는 적•녹색각이상은 추상체세포의 선천적 결함으로 알려지고, 청쪾황색각이상은 시신경 계통의 기능장애라고 말하는 것이 통설로 되어 있다.

프레넬의 고안자 장 어거스틴 프레넬(Jean Augustin Fresnel, 1788~1827, 프랑스의 육군 엔지니어)은 지금으로부터 200년 전 사상 최대의 상륙작전으로 유명한 노르망디에서 태어났다. 어머니의 집안은 비제의 가극 ‘카르멘’의 원작자 프로스페루 메리메와 친척이었다고 한다.

그가 태어난 시대는 나폴레옹 전쟁과 그 후유증이 짙게 남아 있어 왕당파에 속해 있기 때문에 한때는 실업의 몸이었으나 워털루 전쟁에서 나폴레옹이 몰락하자 부르봉 왕조(Bourbon 王朝;16세기 말부터 19세기 초에 걸쳐 부르봉가(家)가 통치한 프랑스 왕조)가 다시 부활해서 겨우 빛을 보게 되었다.

당시 프랑스 광학계(光學界)에서도 입자설학파가 유력하였으나, 프레널은 파동설을 근거로 과학아카데미 현상공모에 응모, ‘빛의 회절에 관한 이론과 실험’이란 주제로 영예의 최우수상을 수상하였다. 아는 바와 같이 빛의 성질에는 굴절, 반사, 회절, 간섭, 편광 등이 있으며, 그는 빛이 수평이라고 단정하고 그 결과 고안한 것이 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이다.

그즈음 빛을 전하는 매체로써 에테르(ether)의 존재가 학자들 사이에서 신뢰를 받았지만 그는 그것을 부정하였다. 세기가 바뀌면서 마이켈슨과 아인슈타인 두 사람의 노벨 물리학자가 그것을 증명하였는데 현재는 누구나 빛이 진공과 대기 중을 통과한다는 사실을 알고 있다.

요셉 프라운 호퍼(Joseph Fraun Hofer)는 독일 광학계의 할아버지라고 불린다. 그는 독일 뮌헨 근교에서 초자공의 자식으로 태어났는데 소년기에는 거울 제조공장의 도제공으로 일하다 노화된 건물의 붕괴로 매몰됐으나 기적적으로 구출 되었다. 이때 우연히 바이에른 후작의 눈에 띄어 광학회사에 고용되어 재능을 꽃피우는 계기를 잡았다.

당시 유리렌즈는 숙련된 기술자의 기능과 경험에 의지하고 있었으나 그는 렌즈의 굴절률을 측정하고, 수차를 제거해서 제품의 품질개량에 노력하였다. 또 태양광선의 스펙트럼 중에 검은 흡수선이 있는 것을 발견하고, 이것을 광학기기의 표준으로 정하고 프라운호퍼선이라고 이름을 붙였다. 프라운호퍼선은 태양 스펙트럼에 나타나는 암선군(暗線群)을 말한다.

태양과 지구 주위의 대기 구성체에 의해 특정파장이 흡수되므로 태양 스펙트럼 전체에 걸쳐서 분포하는 가늘고 어두운 선이다. 프라운 호퍼는 이들 선을 약 600개 정도 관찰하였으며, 그중 현저한 선을 적색영역 끝에서부터 자외선 영역까지 A로부터 K까지 각각 이름을 붙였다.

즉 A선은 784.5㎚, C선은 656.3㎚, D선은 589.6㎚, F선은 486.1㎚에 각각 해당한다.

그 외에 프리즘 분광계를 제작하고, 바이에른 도르파트 천문대에 당시로서는 최대급의 구경을 갖는 24㎝ 굴절 망원경을 설계•시공하였다. 독일의 광학계는 그의 업적에 힘입은 바 크다. 후에 명성을 떨친 에른스트 아베, 칼 자이스, 로덴스톡 등은 프라운 호퍼의 존재 없이는 말할 수 없다.
<계속>