일반적으로 레이저는 빨간색을 많이 사용한다. 그래서 우리가 흔히 사용하는 레이저 포인트도 빨간색을 많이 사용하고 있다. 최근에는 빨간색 뿐만 아니라 초록색, 파란색도 있다.
레이저에 빨간색을 많이 사용하는데는 이유가 있는데, 그전에 빛에 대해서 알아 보고 가자
1. 빛의 굴절
2. 빛의 파동인가 입자인가?
3. 빛의 파동 특성
4. 레이저 포인트가 빨간색인 이유
1.빛의 굴절
실제 우리가 보는 사물들은 빛의 직진성에 의해 태양빛이 반사되어 우리 눈에 들어오는 것만 볼수가 있다. 우리 눈으로 빛이 들어오지 않는다면 우리는 그것을 인지하지 못하다. 저 멀리 보이는 산들도 태양빛이 반사되고 반사되어 우리 눈까지 도달하기 때문에 보인다라고 생각하면 된다. 그만큼 태양 빛의 에너지는 높다는 뜻이다.
맨 처음 빛에 대해 본격적으로 논한 엠페도클레스는 눈에서 빛이 나오기 때문에 우리가 사물을 볼수 있다고 생각했다. 마치 슈퍼맨 처럼 사람의 눈에서 빛이 나온다고 생각하였다. 이후 중세에 들어 어두운 곳에서 나오면 눈이 아프다는 사실로 외부에서 빛이 눈으로 들어온다고 확신을 하게 되었다.
17세기에 와서야 물에 박대기를 꽂았을 때 막대기가 꺾어진 것처럼 보이는 굴절 현상을 보고 스넬과 데카르트는 유사한 시기에 빛이 굴절되는 현상을 굴절의 법칙을 수학적으로 정의하였다.
이후 뉴턴이 발견은 Newton's ring 이라는 현상이 빛이 입자 이기 때문에 나타는 현상이라고 주장하였고, 뉴턴의 인지도에 빛은 입자설이 우세하였다.
그 후 과학자들은 프리즘에 의해 빨주노초파남보 색깔이 나온다는 것을 알았으나 빛에 성분에서 오는것인지는 알지 못하였다. 이때 뉴턴은 무지개 빛이 프리즘에서 오는 것인지를 알기 위해서 두개의 프리즘을 구성하고 판자에 구멍을 뚫어서 한가지 색깔의 빛을 잡아서 굴절시키는 실험을 하였다.
두개의 프리즘을 통과한 빛은 처음 프리즘 할때와 두번째 프리즘을 통과할때 굴절률이 달라야 한다. 그러나 판자의 구멍에 의해 한줄기의 빛은 두번째 프리즘을 통과한 후 동일한 굴절각도를 나타냈다.
결국 한가지 빛은 항상 동일한 굴절률을 가진다는 것을 발견한다. 빨간색은 빨간색의 굴절각을 가지고 파란색은 파란색의 굴절각을 가진다는 것이다.여기서 뉴턴은 프리즘 때문에 무지개 빛이 나타는게 아니고 색깔이 없는 백색광 속에 빨주노초파남보 색깔을 가진 단색광들이 포함되어 있다고 빛의 색깔문제에 대한 혁신적인 이론을 제시했다.
2. 빛은 파동인가 입자인가?
18세기에 로버트 훅(Robert Hook) 과 크리스티안 호이겐스(Christaiaan Huygens)는 모든 물질에서 빛의 속도는 굴절률에 반비례하여 빛이 물질에 의해 휘어지거나, 굴절될수록 그 물질을 가로질러 이동하는 동안 빛의 속도가 더 느려지는것은 빛이 파동이기 때문이라고 하였으나 당시 유명세가 높은 뉴턴의 빛은 입자라는 이론이 우세했다.
하지만, 19세기에 토마스 영의 이중슬릿 실험으로 빛은 파동이기 때문에 간섭현상으로 띠가 발생한다는 사실이 확인되었다. 뉴턴링의 발견 후 150년이 지나서야 토마스 영의 파동론으로 정확하게 해석할수 있게 되었다. 이렇게 토마스 영의 이중슬릿 실험은 빛의 성질을 밝혀내는 중요한 계기가 되었으며, 이후 프레넬, 프라운호퍼 등에 의해 여러가지 간섭과 회절현상이 관찰되어 빛의 파동론은 확고해졌다.
19세기 말 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)이 전파의 속도를 측정하다가 빛의 속도와 같다는 것을 발견하고 전자기파로 확대 되면서 빛의 스펙트럼이 아주 짧은 파장에서 넓은 파장까지 가진다는 것을 알게 되었다.
빛은 전기장(electric field)와 자기장(magnetic field)의 동기화 된 진동의 전파하는 전자기파이다. 진동 주파수에 따라 파장이 달라지고 전기장과 자기장은 파동의 전파 방향에 수직하여 횡파를 형성한다
이중 슬릿 실험으로 빛이 파동이자 입자라는 것이 증명이 된다.
빛이 입자라면 이중슬릿에서 (a)와 같은 띠가 나타나야하는데 (b)와 같이 나타났기 때문에 파동이라는 의미가 된다. 그리고 입자가 있는데 입자가 충분히 빠르다면 (d) 와 같이 나타날수 있다. 이 현상으로 빛은 전자기파의 성질로 파동이기도 하지만 입자이기도한 빛의 이중성(c) 을 이야기 한다.
3. 빛의 파동 특성
빛은 표면온도가 5천 8백도 정도인 태양빛에서 가장 세기가 높은 영역이 가시광선이다. 그 외 인간의 눈에 보이지 않지만 빛에는 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선,자외선, X-Ray, 감마선이 있다. 아래 그림에서 보듯이 빛의 전자기파 중에서 인간이 볼수 있는 가시광선은 아주 작은 영역에 속한다.
가시광선은 380nm~700nm (나노미터 10-9 m) 로, 적혈구의 1/10정도로 작고 바이러스보다 약 10배 정도로 크다. 여기서 보면, 코로나 바이러스가 빛의 사이즈 보다 1/10 정도로 엄청 작다는 것을 알 수 있다.
여기서 빛의 사이즈는 파동의 주기를 말하는 것인데 blue는 470nm, Green은 550nm, Red는 665nm 로 가시광선에서 Red로 갈수로 장파장이고 Blue로 갈수록 단파장이다. 이는 Red로 갈수록 파장이 길고, Blue로 갈수록 파장이 짧아진다는 이야기다.
이 이야기를 하기 위해서 고대부터 빛이 파동을 발견하기까지 뉴턴, 호이겐스, 영, 맥스웰까지 소환되었다
4. 레이저 포인트를 주로 빨간색을 사용하는 이유
다시 레이저 포인트 이야기로 돌아오면 레이저 포인트는 멀리 직진해야 잘 보일수 있다. 따라서 동일한 파워에서 멀리 갈려면 파장이 길어야 멀리 갈수가 있다.
파동의 속력은 파장과 진동수를 곱한 것이고 빛의 속력은 일정하기 때문에, 빛의 파장과 진동수는 반비례한다. 그리고 빛의 에너지는 진동수에 비례하기 때문에, 파장이 짧을수록 에너지가 크다.
파장이 짧을수록 에너지가 커서 생체조직을 손상시킬 수도 있고 비타민 D를 합성시킬 수도 있다. 일반적으로 짧은 파장의 자외선(10nm~400nm)은 고에너지를 가지고 오존과 산소에서 대부분 흡수하거나, 자외선의 높은 에너지가 대기의 분자들을 이온화시키며 사라진다. 대기에 의해 자외선이 흡수되면서 사람들은 멜라닌 색소를 늘릴수가 있다. 그러나 에너지가 높은 빛을 받게 되면 멜라닌 색소가 작아질수 있는데 Red 보다 에너지가 높은 Green이나 Blue를 눈으로 본다면 좋지 않을 수 있다.
또한 숙면에 방해가 될수도 있다. 빛은 수면을 유도하는 생체 호르몬인’멜라토닌”의 분비를 억제하는데 에너지가 높을수록 멜라토닌 억제하여 숙면에 방해가 된다. 이런 이유로 잠들기 전에 휴대폰을 보면 숙면을 취하기 어려울 수 있다. 특히 어린이 들은 잠들기 전에 휴대폰을 보는것은 지양해야한다. 또한 유아나 어린이들 방에 블루 계통의 조명들은 숙면에 방해가 되기때문에 따뜻한 색 위주의 조명들이 좋을 수 있다.
최근에는 Green과 Blue 파장의 레이저 포인트가 자주 접할수 있으나, 에너지가 높은 빛을 장시간 보거나, 눈뽕을 당하면 우리 눈에 좋지 않을것 같다. 직접적으로 눈에 쏘이지 않으면 괜찮다고 생각할수 있지만, 우리가 눈으로 인식을 한다는것은 빛이 우리눈이 들어온다는 의미이다. 즉 프리젠테이션에서 초록색이나 파란색 레이저 포인트가 보인다는것은 초록색이나 파란색 빛이 우리눈으로 들어왔다는 것이다. 단파장이 진동수가 높아서 에너지가 높고 에너지가 높은 빛은 숙면에 방해가 될수 있어, 특정 목적이 있지 않는 이상은 빨간색 레이저 포인트를 권장한다. 천문관련 분야에서는 초록색 고파워 레이저를 사용하곤 한다.
한때 블루라이트가 눈건강에 안좋다고 블루라이트 차단기능 및 앱, 안경등의 상품들이 있다.
세계적이 유명 학술지 nature 에서 블루라이트가 눈건강에 안좋다는 근거는 없다는 논문도 있고 아직 논란이 되고 있으나 숙면에 방해를 하는것은 확실하다.
이러한 붉은색 레이저는 레이저의 직진성과 Red 의 장파장의 효과로 영화에서도 많이 나오지만 총에 레이저표적지시기로 오래전부터 이용되고도 있다.
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