[자연/과학] 파도는 왜 흰색일까?

우리들은 답답한 일상에 지쳤을 때 바닷가에 가서 넓고 푸른 바다를 보며 가슴이 탁 트이는 느낌을 받은 기억이 있을 것입니다. 같은 물방울로 되어 있는데도 얕은 물은 투명하고 파도와 구름은 왜 하얗게 보일까요? 


물은 원래 투명합니다. 어떤 물체가 투명하다는 것은 빛이 흡수되거나 반사되지 않고 대부분 그냥 통과한다는 뜻으로 우리 주변에 흔하기로는 유리가 대표적인 예입니다. 그런데 사실은 물이나 유리와 같이 투명한 물체도 표면에서 약간의 빛이 반사하므로 아무리 창문을 깨끗이 닦아도 열어놓은 것처럼 보이기는 어렵습니다. 안경유리로 흔히 얇은 특수 막을 여러 겹 씌운 코팅렌즈를 사용하는데, 이것은 대개 안경유리 표면에서 반사하는 빛의 양을 최소화하여 물체가 더 잘 보이게 하려는 목적에서입니다. 그렇다고 유리전체를 이런 막으로 씌우면 창문이 없어졌나 깜짝 놀랐네 하는 일이 일어날 수도 있겠지만 값이 너무 비싸지게 됩니다. 게다가 보통 유리를 사용해도 수직으로 입사할 때 반사되는 빛의 양은 전체의 4% 내외이므로 물체를 보는데 별 문제는 없습니다. 


그런데 빛이 수직으로 들어가지 않고 비스듬히 들어가면 반사율은 커지게 됩니다. 유리창을 옆에서 보거나 잔잔한 호수를 멀리서 바라보면 마치 거울처럼 맞은편의 물건이나 풍경을 볼 수가 있는 것은 이 때문입니다. 투명한 물질이라도 바라보는 각도에 따라 투명하지 않게 보일 수도 있는 것입니다. 


이런 유리나 물이 작은 알갱이로 되어 많이 모여 있으면 어떻게 될까요? 


빛이 들어가는 각도가 개별 입자별로 천차만별 일테니 반사율도 제각각 다르고 알갱이 내부로 들어간 빛은 그 내부에서 또 여러 각도로 갈라져 나오면서 퍼지고 다른 알갱이에 반사되곤 합니다. 이렇게 되면 알갱이가 모여 있는 부분을 빛이 그대로 통과할 수 없기 때문에 투명하지도 않고, 또한 평탄한 표면이 아니어서 맞은 편에 있는 상을 비추어 주지도 못합니다. 다만 여러 겹의 복잡한 반사과정을 통해 우리가 눈으로 볼 수 있는 모든 빛이 다 섞여 나오게 되는 데 모든 빛이 다 섞이면 흰색이 되는 것입니다. 



어떤 물체가 우리 눈에 빨간 색이나 파란 색으로 보이는 것은 그 물체가 빨간 색이나 파란 색만 반사하고 나머지 색은 흡수하기 때문인데, 모든 빛이 다 뒤섞여 나온다면 흰색으로 나오는 것입니다. 



물 알갱이인 파도와 구름뿐 아니라 소금이나 흰 설탕 등은 이런 원리 때문에 물질이 투명한데도 흰색으로 보이는 것입니다. 투명한 랩이나 비닐을 구기면 하얗게 보이는 것도 마찬가지 이유입니다.