[시리즈 연재] 프롤로그

시리즈 시작하기 전에...

안녕하십니까? 몽상과 사색입니다. 이번에 <찰나의 빛으로 영상을 찍는 과학 이야기>로 프롤로그와 에필로그 포함하여 총 9부작으로 찾아뵙게 됐습니다. 여러분의 관심 덕에 이번 시리즈를 시작할 수 있게 돼서 감사하고 기대에 부응할 수 있도록 노력하겠습니다. 혹시 읽으시면서 궁금하시거나 아쉬운 점, 틀린 점 등 피드백을 해주시면 최대한 반영해서 다음 회차에 반영할 수 있도록 하겠습니다. 여러분들과 함께 멋진 시리즈를 완성하고 싶습니다! 잘 부탁드립니다!!

지금 아마 여러분께서는 두 눈으로 이 글을 보고 계실 겁니다.

아니 화학반응이 아니라 갑자기 왜 ‘눈’을 말하냐고요? 우리가 ‘본다’는 것은, 빛이 눈에 들어와 일련의 화학 반응을 일으킨 결과이기 때문입니다. 그러면 그 화학반응의 속도는 얼마나 빠를까요?

놀랍게도 눈에서 일어나는 여러 화학반응 중 가장 빠른 반응은 약 200 펨토초만에 일어납니다.

이 시간이 얼마나 빠른지 설명드리기 위해서는 '빛'의 속도를 빌릴 수 밖에 없습니다. 우리에게 가장 익숙한 시간 단위인 1초에 빛은 약 30만 km를 가는데, 이는 서울-부산 거리를 400 km로 했을 때 750번 이동할 수 있습니다. 자동차로 시속 100 km 속도로 약 '4개월' 동안 쉬지 않고 달려야하는 거리를 빛은 겨우 '1초'만에 갑니다. 200 펨토초는 그렇게 빠른 빛이 겨우 0.06 밀리미터, 겨우 머리카락 두께와 비슷한 수준밖에 가지 못하는 아주 짧은 시간입니다. 이렇게 빠른 시간에 일어나는 화학반응이 우리 눈에 빛이 들어올 때마다 일어나고 있습니다.

<인포그래픽 by Gemini & GPT>

그러면 인류는 어떻게 눈에서 일어나는 반응이 ‘200 펨토초’라는 사실을 알게 됐을까요? 방법은 개념적으로 간단합니다. 화학반응을 초고속 카메라로 촬영하면 됩니다. 흔히 매체에서 총알이 물체를 뚫고 지나가는 과정이나 물이 담긴 풍선이 터지는 순간을 포착한 그 카메라를 떠올리시면 됩니다. 물론, 그런 카메라로는 펨토초라는 아주 짧은 시간을 포착할 수 없지만 결국 짧은 순간을 포착할 수 있는 장치를 통해 화학반응이 발생하는 순간을 살펴본다는 개념은 동일하니까요.

<초고속 카메라 이미지 예시 by GPT>

그런데 그렇게 빠른 순간을 '왜' 촬영할 필요가 있을까요? 예를 들어, 제가 만약 거실에 소중한 '월가아재 후드티'를 감시하기 위해 카메라를 설치했는데, 이 카메라가 10분에 한 장만 찍는다고 가정해봅시다. 도둑이 1분 만에 옷을 훔쳐 달아난다면, 카메라는 옷이 있다가 갑자기 사라지기 전과 후를 보여줄 뿐 누가, 어떻게 훔쳤는지는 기록하지 못합니다.

만약 감시카메라가 0.1초에 한 번씩 사진을 찍었다면 누가 어떻게 훔쳐갔는지 정보를 얻을 수 있을 것이고 이 정보를 바탕으로 어느 곳의 보안을 강화할지 용의자를 신고할지 행동할 수 있습니다. 전과 후만 보면 ‘무슨 일이 일어 났는지’ 결과는 알지만, '어떻게' 일어났는지는 알기 어렵습니다. 그래서 빠른 순간을 포착하는 카메라가 필요합니다. 만약, 범인이 퀵실버와 같은 초능력자라서 아주 짧은 시간에 후드티를 훔쳐가면 결국 0.1초에 한 번 찍는 감시카메라는 무용지물입니다. 이 초능력자 범인을 잡으려면 더 빠른 순간을 포착할 수 있는 카메라를 설치해야 합니다.

<월가아재 후드티를 훔치는 퀵실버? by GPT>

화학반응도 마찬가지입니다. 반응물이 무엇인지 그리고 그 결과물이 무엇인지 아는 것만으로는 좋은 화학반응을 설계하는 데 충분하지 않습니다. 화학반응이 일어나는 그 순간에 어떤 일이 일어나는지 알면 훨씬 더 좋은 화학반응을 설계할 수 있습니다. 화학반응 중에서 느리게 일어나는 화학반응도 있지만 아주 빠르게 일어나는 화학반응도 있기 때문에 아주 빠르게 일어나는 화학반응을 촬영할 ...