빛의 핵심

물리학자 고재현의 광학 이야기

고재현 지음

사이언스북스 2021년 05월 10일 출간 국내도서 : 2020년 10월 30일 출간

작품소개

책소개

21세기는 빛의 세기다
백열 전구에서 QLED까지
빛알 하나가 만든 우주와의 조우

21세기에 들어선 시점에서 왜 빛과 광기술이 강조되는 것일까? 휴대폰 화면의 빛으로 시작해 빛과 함께 끝나는 매일은 물론이고, 우리는 빛으로 세상을 보고 느끼며 정보를 주고받는 한편 우주의 탄생 무렵 과거를 들여다보기도 한다. 갑작스럽게 맞이한 비대면 시대에도 광통신과 디스플레이 기술을 토대로 세상은 서로 연결되고 있으며 인류는 현재를 헤쳐나가 다시 미래로 향할 것이다. 20세기가 전자의 세기라면 21세기는 빛의 세기다.

『빛의 핵심: 물리학자 고재현의 광학 이야기』는 일상 속에서 끊임없이 명멸하는 빛의 의미와, 빛에 기초한 광기술의 현재를 가장 알기 쉽게 안내해 주는 책이다. 빛은 과학자들이 원자에서 우주까지 엄청난 스케일로 펼쳐져 있는 자연 현상을 더 잘 이해하기 위해 활용하는 주요 수단이다. 빛은 최근 미시 세계에서 벌어지는 동적인 움직임을 추적하고 연구하는 중요한 수단이 되었다. 가장 큰 스케일의 우주로 눈을 돌려 보면 어떨까? 지구의 궤도에는 허블 망원경을 포함해 먼 별이나 은하가 보내는 빛, 빅뱅의 잔해인 마이크로파 배경 복사 등 지구로 쏟아지는 온갖 종류의 전자기파를 측정하는 다양한 우주 망원경들이 맹활약 중이다.

목차

머리말 8분간의 여행 7 | 1부 태초에 빛이 있었다 13 | 1장 빛의 속도로 가라 15 | 2장 보이는 빛과 보이지 않는 빛 28 | 3장 빛을 보는 법 46 | 4장 태양과 자연이 빚어낸 빛의 교향곡 64 | 5장 빛의 사계 82 | 6장 목성에서 번개가 친다면 93 | 2부 인간이 만든 빛 107 | 7장 인공 광원이 펼치는 빛의 세계 109 | 8장 LED와 21세기 124 | 9장 디스플레이의 과거 137 | 10장 LCD의 진화 150 | 11장 디스플레이의 미래 161 | 12장 미래의 광기술 174 | 3부 과학과 빛 185 | 13장 빛과 정보, 그리고 중력파 187 | 14장 좋은 빛, 나쁜 빛, 이상한 빛 200 | 15장 태양계와 탐사선 223 | 16장 분광학과 화성 237 | 17장 초고압의 물리와 우주 탐험 257 | 18장 또 하나의 지구를 찾아 271 | 4부 빛으로 바라본 세상 283 | 19장 비 중에서 가장 이상한 비 285 | 20장 푸른 지구의 미래를 위해 304 | 21장 5G란 무엇인가 318 | 22장 컬링 경기의 비밀 331 | 23장 세상의 물리 342 | 맺음말 빛에서 빛으로 360 | 후주 362 | 더 읽을거리 386 | 도판 저작권 389 | 찾아보기 390

출판사 서평

장, 잠실 올림픽 경기장, 서울 시청 앞의 전광판 모두 평면상에 LED를 밀집시켜 만든 모듈을 주기적으로 배열해 스크린의 화소로 활용한다. 대형 스크린 위에 총천연색 영상을 구현하기 위해서는 빛의 삼원색을 낼 수 있는 화소가 필요하다. TV나 모니터의 화소의 크기는 밀리미터보다 훨씬 작아서 매우 가까이 다가가서 보거나 확대경을 이용해야 구별이 가능하지만 대형 디스플레이의 경우는 보통 수십 미터나 수백 미터 떨어진 거리에서 시청하기 때문에 화소 하나의 길이가 수십 밀리미터에 달한다. 대형 디스플레이의 커다란 화소를 구현하기 위해 음극선관(CRT) 방식, 형광 방전관 방식, LCD 방식 등 다양한 기술이 사용되어 왔다.
최근 유행하는 QLED 혹은 QD-LED라는 디스플레이 용어에서 Q, QD가 가리키는 양자점은 나노미터 크기의 반도체를 일컫는 용어로서 레이저, 생물학적 센서, 태양 전지 등 다양한 응용 분야에서 활용되어 왔고 지금도 활발히 연구되고 있다. 머지않은 미래에 양자점은 디스플레이의 화소에서 빛 방출을 직접 담당하는 주연으로 올라설지도 모른다.

과학과 빛

빛에 대한 최초의 체계적인 설명은 19세기 전기학과 자기학을 집대성해 전자기학을 수립한 영국의 물리학자 맥스웰에 의해 이루어졌다. 맥스웰의 전자기파 이론으로 빛에 대해 완벽히 이해했다고 생각했던 20세기 초, 빛의 정체에 대한 관점에 근본적인 전환이 생긴다. 빛의 속도는 우주에 존재하는 속도의 상한선으로서 특수 상대성 이론이 탄생하는 기반이 되었다. 또한 미시 세계를 다루는 학문인 양자 물리학은 빛 에너지가 양자화되어 있음을 알려 주었다.
최근 빛을 다루는 광학 분야에서 메타 물질(자연에 없는, 인공적으로 설계해 만든 물질)에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다. 메타 물질에서 나타나는 새로운 과학 현상뿐 아니라 이를 다양한 분야에 응용할 수 있는 무궁한 가능성이 과학자들의 흥미를 끌고 있는 것이다. 물질의 구성 단위를 인위적으로 설계해 배치한다면 굴절률을 마음대로 조절해 빛을 통제할 새로운 가능성을 얻을 수 있다. 메타 물질이 적용될 분야 중 하나로 투명 망토 기술이 있다. 물체를 지각할 수 있는 것은 주변의 조명광이나 태양빛이 물체의 표면에서 반사된 후 우리 눈에 들어오기 때문이다. 그런데 물체의 주변 공간에 적절한 굴절률 분포를 나타내는 메타 물질을 설계해 배치하면 이 공간을 지나

작가정보

저자(글) 고재현

저자 : 고재현
서울 대학교 물리학과를 졸업하고 한국 과학 기술원 물리학과에서 석사, 박사 학위를 받았다. 일본 쓰쿠바 대학교 연구원과 삼성 코닝 주식 회사 책임 연구원을 거쳐 현재 한림 대학교 나노 융합 스쿨에 재직하고 있다. 디스플레이 광학과 조명, 응집 물질 분광학 등 빛의 응용과 관련된 연구를 수행해 왔다. 《한국일보》, 《세계일보》, 《강원도민일보》 등에 과학 칼럼을 연재했고 다양한 과학 강연에 참여하며 과학 대중화를 위해 노력하고 있다.