이 책은 KAOS재단에서 실시한 강연을 바탕으로 출간되었다. KAOS는 '무대 위에서 깨어나는 지식'을 뜻하는 영문 Knowledge Awakening On Stage의 약자로, 대중에게 과학을 쉽고 재미있게 전달하고자 노력하는 집단이라고 한다. 6개월 단위로 과학주제를 선정하고 그 주제에 맞는 10회 가량의 강연을 기획하여 실시하며, 그 내용을 책으로 엮는다고 한다. [빛 Light]은 그 세 번째 강연의 주제였다. 첫 번째인 [기원 Origin]이나 두 번째 [뇌 Brain]와 마찬가지로 총 10번의 강의로 이루어진 이 강연에서 저자들은 빛에 관한 과학적인 지식과 함께 우리가 일상에서 느끼는 빛에 대한 이야기들을 들려주고 있다.

우리는 빛이 없다면 살 수가 없다. 빛이 있다는 것은 너무나 당연한 것이라고 생각하기에 빛에 대해서는 어떠한 의문을 가지지 않는다. 학교에서 빛에 대해 배울 때도 그저 교과서에 나오니까 배우는 것이라 생각하지, 그것이 우리가 일상에서 만나는 빛에 대한 것이라고는 생각조차 하지 않는다. 물론 과학을 전공하지 않는 일반사람들의 경우지만 말이다. 그런 우리에게 강연자들은 빛이 무엇인지, 그리고 그 빛을 통해 우리가 알 수 있는 것이 무엇인지를 알려주고 있다.

그리스에서 과학이 시작되었지만 당시 사람들은 생각만 했다고 한다. 그러던 것이 르네상스시대에 접어들어 과학자들이 실험과 관측을 시작하면서 비로소 근대과학이 탄생했다. 빛에 대한 연구는 근대과학과 함께 본격적으로 시작되었다. 처음엔 빛의 물리적 특성, 즉 빛의 정체가 무엇인지에 대해 많은 논란이 있었다. 예를 들어 뉴턴은 빛이 입자라고 했고, 하위헌스는 파동이라고 했다. 그러나 많은 과학자들이 실험을 통해 빛의 간섭현상과 회절현상을 밝히면서 빛은 파동의 성질을 가지고 있고, 또 광전효과 등을 통해 빛의 입자적 성질을 확인하였다. 결국 빛은 입자이자 파동이라는 빛의 이중성이 밝혀지면서, 오늘날 우리가 알고 있는 빛의 특성이 되었다. 이처럼 빛을 연구하는 과정에서 탄생한 특수상대성이론과 양자론은 고전물리학에서 현대물리학으로 넘어가는 가교역할을 하기도 했다고 한다.

그렇다면 빛은 어떻게 만들어지고 또 우리는 빛을 어떻게 볼 수 있을까? 빛은 물질에서 나온다. 원자 또는 분자와 같은 물질에, 에너지를 집어 넣어 물질을 뜨겁게 만들면, 물질에 저장된 에너지가 빛의 형태로 바뀌어서 나온다. 태양과 별에서 이렇게 발생한 빛을 보기 위해서는 반드시 흔적을 남기는 빛의 흡수가 일어나야 한다. 빛이 어떤 물질에 흡수된다면 그곳은 흡수된 만큼 어둡게 보이고, 흡수된 빛은 열에너지로 변환된다. 즉 우리가 본다는 것은 그 빛을 화학적 형태로 바꾸는 것이다. 또한 빛은 다양한 파장을 가지고 있다. 그럼에도 우리가 볼 수 있는 영역은 가시광선뿐이다. 아니 볼 수 있다고 해서 가시광선이라고 했다. 동물이나 곤충은 빛을 보는 영역이 우리와는 다르다. 이처럼 인간을 포함한 모든 동물들이 빛을 보는 영역이 서로 다른 것은 각기 그 빛의 영역에 최적화되어 진화해 온 결과이다. 그럼에도 인간은 도구를 통하여 가시광선 이외의 다른 영역대의 빛을 볼 수가 있다.

이런 빛을 봄으로써 우리가 알 수 있는 것은 무엇일까? 태양에서 나오는 빛을 분광기에 통과 시키면 중간중간 까만 선들이 나타나면서 지저분해 보인다고 한다. 바로 수소와 헬륨보다 무거운 중원소들의 흡수선이다. 이 흡수선을 연구하여 태양에 있는 수소와 헬륨의 성분비를 알아내고, 이것은 빅뱅우주론을 뒷받침하는 증거로도 쓰인다. 그런가 하면 별에서 오는 빛을 연구하여 수많은 원소들이 우주가 시작되었을 때, 혹은 별이 수명을 다하고 폭발할 때 형성되어 우리에게 왔다는 것을 알 수도 있다. 다시 말해 우리 몸을 구성하는 물질들은 과거 어느 별 안에 있었던 물질인 것이다. 이처럼 별에서 오는 빛들은 우리를 과거여행이 가능하도록 해준다. 다만 미래여행은 우리가 빛보다 빨리 갈 수 없기 때문에 가능하지 않다.

또한 우리는 빛을 통해 우주의 운명도 알 수도 있다. 우주를 구성하는 요소는 암흑에너지, 암흑물질, 그리고 우리가 보는 별과 같은 보통물질로 이루어져 있다고 한다. 구성비는 암흑물질이 1/4정도, 그리고 보통물질이 그 중에서 4%정도이며 나머지는 암흑에너지이다. 우리가 빛으로 볼 수 있는 천체는 우주의 0.5%도 되지 않는 셈이다. 이것으로부터 알 수 있는 것은 우주팽창의 원리이다. 물질을 밀어내는 척력을 가진 암흑에너지가 물체끼리 서로 잡아당기는 중력을 가진 암흑물질보다 월등히 많기 때문에 우주의 팽창속도는 점점 빨라지고 멈추지 않을 것이라고 한다. 그 결과 온도는 점점 내려가고 종국에는 모든 에너지가 고갈될 것이다. 그때가 언제일지는 모르지만..

지구라는 행성에 살고 있는 생명체중에서 동물이 아닌, 즉 식물도 빛을 볼 수 있을까? 식물 역시 빛이 없으면 살 수가 없다. 빛 에너지를 광합성을 통해 사용할 수 있는 에너지로 바꾸고 그걸로 살아가기 때문이다. 식물이 빛을 본다는 것은 광수용체를 통해 빛을 생체분자에 흡수한다는 것이다. 이렇게 흡수된 빛이 생체분자의 구조를 바꾸고, 이것이 생화학적 변화를 일으켜 식물이 생장을 한다. 식물은 자기주변에 다른 식물이 있는지 없는지를 광수용체가 빛의 변화를 통해 알아낸다. 그래서 혼자 있으면 옆으로 퍼지지만, 다른 식물이 있으면 위로 자란다.

강연자들은 이 밖에도 예술가들은 빛을 어떻게 인식하고 표현하는지, 미시세계를 연구할 수 있는 광학현미경의 기술, 인간이 인공으로 만들어 낸 빛인 레이저의 탄생원리와 그것이 우리 삶에 미치는 영향, 그리고 빛의 굴절률을 변화시켜 만든 자연에 없는 물질인 메타물질에 대한 이야기도 들려준다. 이처럼 빛에 대한 다양한 이야기를 읽다 보면 우리가 알고 있는 빛이 새삼스레 대단해 보인다. 더불어 우리 주위에는 우리가 모르는 과학이 살아 숨쉬고 있음을 느끼기도 한다.