유엔(UN)기구가 정한 ‘세계 물리의 해’를 맞아 국내에서도 물리의 해 행사조직위원회가 작년에 출범, 다채로운 물리학 행사가 준비되고 있다. 조직위원회 사무총장직을 맡고 있는 이철훈 한양대 물리학과 교수를 만나 물리학의 한 분야인 ‘전자기파’가 우리 실생활에 어떻게 응용되고 있는지 들어보았다.

“전자기파는 무선통신부터 요리, 의료, 미용 등 우리 실생활에서 다양하게 응용되고 있다” 다소 생소하게 들릴지 모르는 ‘전자기파’에 대해 이철훈 사무총장은 “우리 생활에 깊이 파고들어 있다”고 잘라 말했다.

먼저 “우리 눈으로 보이는 가시광선 즉 ‘빛’도 전자기파의 일종”이라고 지적한 이 사무총장은 “옛날에는 눈에 보이는 가시광선만 존재하는 줄 알았으나 자석 주위에 눈에 보이지 않는 힘(즉 자기장)이나 전기가 흐르는 주변에 보이지 않는 힘이 작용하는 현상(전기장), 번개 등을 학자들이 연구하다가 마침내 1800년대 후반 전자기파 이론을 완성했다”고 말했다. 이 이론 완성되면서 전자기파는 아주 다양한 종류가 있음이 밝혀졌고, 태양이 지구로 이 모든 종류의 전자기파를 보내고 있음도 밝혀냈다는 것이다.

‘높낮이를 가진 한 파장의 길이’에 따라 전자기파의 종류가 나뉜다고 설명한 이 사무총장은 “TV나 라디오를 송수신할 때 쓰는 수 미터짜리 TV파나 라디오파부터 병원에서 방사선 치료에 사용하는 1조분의 1m 길이의 ‘감마선’까지 다양하다고 말했다. 재미있는 점은 한 파장 길이가 짧을수록 침투력과 에너지가 강해진다는 점과 태양으로부터 모든 종류의 전자기파가 자연 방출되고 있으며 사람이 인위적으로도 다양한 전자기파를 만들어 쓴다는 것이다.

라디오*TV 송수신파의 파장 길이 ‘수 미터’

우선 파장 길이가 제일 긴 라디오파나 TV파에 대해 이 사무총장은 “이 파들은 한 파장 길이가 길어 전기 흐르는 도체(道體)나 주변으로부터 방해를 받기 쉽다”면서 “예를 들어 차가 터널을 통과하기 시작하면서 라디오가 잘 안 들리는 이유는 라디오파가 터널 안으로 들어오면서 터널을 떠받치는 철근(도체) 등에 의해 파가 영향 받기 때문”이라고 말했다.

또 라디오파보다 파장이 짧은 밀리미터 단위인 ‘마이크로웨이브(극초단파)’를 소개한 그는 “전자렌지를 가동하면 나오는 파가 바로 마이크로웨이브”라고 말했다. 즉 가정에서 가스 불로 음식을 덥히면 그릇과 음식 겉 부분만 뜨거워져 음식 속은 차가운 데 전자렌지를 가동시키면 마이크로웨이브파가 음식 속으로 침투하면서 그 속의 물 분자 등과 반응해 음식 속이 데워진다는 것이다. 또한 대학 내 아마추어 무선 동아리가 내보내고 받는 전파도 바로 이 마이크로웨이브라고 그는 덧붙였다.

우리 몸에서도 전자기파 나와

마이크로웨이브 파 다음으로 파장이 짧은 전자기파로 적외선을 지목한 그는 “몸에 체온이 조금이라도 있는 모든 생명체는 적외선이 나온다”면서 우리 몸도 예외는 아니라고 했다. 결국 우리 몸에서도 전자기파가 나오는 셈이다.

영화에서도 밤에 적외선 탐지기로 적을 찾아내거나 주변을 정찰할 때 사람이 찾아내면 붉은 색으로 보이는 데 바로 그것이 몸에서 나오는 적외선이라는 것이다. 실제로 “우리 나라도 과거 무장공비가 동해 설악산으로 침투했을 때 이들을 찾기 위해 적외선감지장치를 썼다”고 밝혔다.

이와 함께 파장 길이가 천 만분의 1m 정도 ‘가시광선’은 우리 눈에 보이는 유일한 ‘전자기파’라고 언급한 그는 “태양에서 나오는 모든 종류의 전자기파 중에서 가시광선이 가장 강력하고 양도 제일 많다”면서 “그래서 우리 눈이 다양한 전자기파 중에서 가시광선을 보도록 적응됐을 것으로 추측된다”고 말했다.

X-ray는 피부 통과, 감마선은 뼈도 통과

그리고 전자기파 중에서 파장이 짧은 쪽에 속하는 자외선, X-ray, 감마선 등에 대해 “가시광선보다 파장 길이가 짧은 자외선은 피부를 통과하지 못하는 대신 선텐처럼 피부를 태우고 이보다 짧은 길이가 더 짧은 X-ray는 피부를 통과하고 상대적으로 파장이 가장 짧은 감마선과 같은 전자기파는 뼈도 통과한다”는 게 그의 설명이다.

즉 자외선 입장에서 보면 피부는 매우 촘촘한 막인데 X레이 입장에서 피부는 뻥뻥 뚫린 그물막이라 통과하기 쉽다는 것이다. 그런데 X-ray는 우리 피부를 통과한 뒤 딱딱한 뼈를 통과하지 못하고 반사된다면서 “신체검사에 서 X-ray촬영을 하면 뼈 구조가 나타나는 것도 바로 이런 반사원리 때문”이라고 그는 덧붙였다.

끝으로 전자기파 중에서 파장이 가장 짧아 뼈도 통과하는 감마선과 관련해 “원자핵 반응을 통해서 생성되며 병원 암세포를 죽이기 위해 실시되는 방사선 치료가 바로 이 감마선을 암세포에 쪼이는 것”이라고 말했다.