마트 어항에서 발견！닌자 분신술！물고기가 분신하는 빛의 마법
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
마트 수산 코너나 수족관에서 수조를 아래쪽에서 올려다본 적이 있으신가요? 사실 그곳에는 흥미로운 빛의 비밀이 숨어 있습니다. 이번에는 집 근처 마트에서 직접 촬영한 영상을 바탕으로, 수면 속에 숨겨진 과학의 트릭을 소개해 드리겠습니다.
수조를 아래에서 보면 물고기가 두 마리로 보인다고?
수조를 아래쪽에서 올려다보면, 물고기가 수면을 경계로 위아래에 두 마리 헤엄치는 것처럼 보입니다. 아래 영상은 집 근처 마트에서 촬영한 모습입니다.
정말 물고기가 두 마리 있는 것처럼 보이지 않나요? 위아래가 완벽하게 대칭을 이루며 헤엄치는 모습은 마치 거울이 마주 보고 있는 공간 속을 유영하는 듯한 느낌을 줍니다.
그 정체는 ‘전반사’라는 빛의 현상
이 신기한 광경의 비밀은 바로 전반사라는 빛의 현상입니다. 물속에서 수면을 향해 진행하는 빛은 일정한 각도보다 더 얕은 각도로 수면에 닿으면 공기 중으로 빠져나가지 못하고, 거울에 부딪힌 것처럼 모두 반사됩니다. 이 현상이 시작되는 경계 각도를 임계각이라고 합니다. 물과 공기의 경우 임계각은 약 48.6도입니다.
즉, 일정한 각도보다 낮은 위치에서 수면을 바라보면 수면이 거울처럼 변해 물속 풍경을 그대로 비춰 줍니다. 물고기가 수면 가까이를 헤엄치고 있다면, 실제 물고기 아래에 전반사로 만들어진 거울 속 물고기가 한 마리 더 붙어 있는 것처럼 보이는 것입니다.
다이버들이 보는 ‘빛의 창’
사실 전반사는 스쿠버다이빙을 하는 사람들에게도 매우 익숙한 현상입니다. 물속에서 수면을 올려다보면 머리 위의 좁은 원형 영역만 밝게 보이고, 그 안으로 하늘과 주변 풍경이 비쳐 보입니다. 이 밝은 원을 흔히 스넬의 창(Snell’s Window)이라고 부릅니다. 반대로 그 원 바깥쪽에서는 수면이 거울처럼 변해 물속 풍경이 그대로 비쳐 보입니다. 수조에서 물고기가 두 마리처럼 보였던 것도 바로 스넬의 창 바깥쪽, 거울이 된 수면을 카메라가 담아냈기 때문입니다.
전반사는 우리 주변에서도 활약하고 있다
전반사는 사실 일상생활 곳곳에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 대표적인 예가 광섬유입니다. 광섬유는 유리 내부에서 빛이 계속 전반사를 반복하도록 만들어 멀리까지 정보를 전달합니다. 또한 다이아몬드가 눈부시게 반짝이는 이유도 내부에서 빛이 여러 번 전반사를 반복하며 다양한 방향으로 빠져나오기 때문입니다.
수조 속 ‘두 마리의 물고기’, 수족관에서 반짝이는 보석, 그리고 광섬유 통신까지. 이 모든 것은 전반사라는 하나의 물리 법칙으로 연결되어 있습니다. 평범해 보이는 풍경 뒤에 이런 공통된 과학 원리가 숨어 있다는 사실을 알고 나면, 다음번에는 수조를 바라보는 재미가 조금 더 커질지도 모르겠습니다.
수조 속 물고기가 두 마리로 보인 이유는 유령도, 합성사진도 아닙니다. 빛이 수면에서 전반사를 일으키기 때문에 나타나는 아주 정상적인 물리 현상이었습니다. 다음에 마트나 수족관에서 수조를 보게 된다면, 꼭 아래쪽에서 올려다보며 수면이 만들어 내는 거울 같은 세계를 직접 찾아보세요.
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