바닥에 기름이 떨어져서 넓게 퍼져 있을 때 무지개 색깔을 볼 수 있다. 이것은 하늘에 무지개가 생기는 원리와 비슷한데, 가시광선을 이루고 있는 여러 색깔의 빛들이 기름이나 물방울 표면에서 서로 다른 정도로 굴절되기 때문이다. 단 하늘의 무지개는 관찰자가 빛을 등지고 서게 되고, 기름의 무지개 색깔은 관찰자가 빛이 들어오는 반대편에서 마주 볼 때 생긴다.
→ 기름이 물 위에서 얇게 퍼질 경우에는 어떤 현상이 나타날까?
매우 얇은 기름막이 형성되고, 기름의 위와 아래에서 빛이 반사된다. 그리고 이 빛은 우리에게 보이게 된다. 이 과정에서 윗면에서 반사된 빛과 아랫면에서 반사된 빛이 보강과 상쇄 간섭을 일으키게 되는데, 이 현상은 기름막의 두께와 빛의 파장에 따라서 달라지게 된다.
백색광을 비출 때 백색광을 구성하는 일부 빛은 상쇄간섭을 일으키고, 또 다른 일부 빛은 보강간섭을 일으키면 우리 눈에는 백색이 아닌 특정한 색을 띈 것처럼 보이게 된다.
또한 빛이 반사되어 우리 눈으로 들어오는 경우는 거울에 빛이 반사되는 것처럼 직접적으로 직선으로 연결된 곳에서만 보이게 된다. 따라서 기름막에서 넓게 무지개가 보이는 것은 광원이 넓다는 것을 뜻한다. 즉 광원이 점이거나 좁은 겉보기 면적을 갖고 있다면 무지개는 매우 좁게 보일 수밖에 없다. 하지만 경험상 무지개는 매우 넓게 보인다는 것을 알고 있다.
따라서 우리는 태양보다 더 넓은 광원이 필요하다는 것을 쉽게 유추할 수가 있다. 일반적으로 무지개가 넓게 보이는 것은 태양에서 오는 빛 때문이 아니라 주변 하늘에서 빛이 우리 눈으로 비추기 때문이다. 사실상 하늘은 태양보다는 어둡기는 하지만 우리 주변에 볼 수 있는 사물보다는 훨씬 밝은 광원인 셈이다. 형광등이나 백열전구 밑에서 책을 보는 것보다 맑은 하늘 밑의 그늘에서 책 읽는 것이 눈이 더 피로해지는 것을 생각하면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
물론 하늘에서 오는 빛은 일반적인 광원에서 오는 빛과는 약간 다르다. 하늘에서 햇볕이 산란을 일으키면서 약간씩 편광되며, 이 빛이 다시 기름막 위에서 반사되면서 또다시 편광되므로 일부 방향에서는 무지개 빛이 안 보일 수도 있다. 그리고 그 방향은 대부분 태양을 등지고 기름막을 보았을 때의 그 방향일 뿐이다.
기름막에서 나타나는 얇은막 간섭은 사실상 굴절과는 전혀 관계가 없어 무지개와 관련이 없다.
이번 과학향기의 글 작성자는 사실상 고등학교 물리에서 다루는 부분의 내용을 놓치고 글을 작성한 것으로 생각된다.
