[ 홍성욱 편역, 『과학고전선집』 (서울대학교출판부, 2006), 265-279쪽. ]
[265-266쪽]
- 시각을 완벽하게 하기 위해 자연이 마련한 것을 고찰하면 인공적인 기술을 사용하여 무엇을 더할 수 있는지 알 수 있을 것임.
- 시각을 완벽하게 하는 데 필요한 세 가지 원리
∙ (i) 대상(objects)
∙ (ii) 내부 기관(internal organs): 대상의 자극을 받아들임,
∙ (iii) 외부 기관(external organs): 자극을 처리하여 받아들일 수 있도록 함.
- 대상은 쉽게 접근할 수 있는 대상과 멀고 접근하기 어려운 대상으로 나뉨. 전자는 우리 눈에 익숙한 상태로 만들어줄 수 있으나 후자는 그렇게 할 수 없음.
- 신경이나 뇌 같은 내부 기관도 기술을 통하여 그 조직에 어떤 것을 가할 수 없음.
- 고려 대상은 외부 기관뿐임.
- 외부 기관에 필요한 네 가지 조건
∙ (i) 시신경의 말단으로 이동하는 모든 광선들은 가능한 한 대상의 한 지점에서 와야 하고 대상과 눈 사이의 공간에서 변하지 말아야 함. 그래야 광선들이 형성하는 이미지가 원본과 정확히 닮음.
∙ (ii) 이러한 이미지는 이미지의 윤곽을 식별하기 쉬울 정도로 커야 함. 이미지는 안구 뒤쪽의 작은 공간만을 차지함.
∙ (iii) 이미지를 형성하는 광선들은 작은 시신경 섬유들을 자극할 수 있도록 충분히 강해야 함.
∙ (iv) 힐끗 보는 것만으로도 대상을 알아볼 수 있도록 가능한 한 많은 대상의 이미지가 우리 눈에 동시에 형성되어야 함.
[266-269쪽]
- 첫 번째 조건과 관련하여 자연은 인간의 눈을 다음과 같이 만듦
∙ (i) 눈이 투명한 액체로 차 있어서 외부에서 온 자극이 변화 없이 눈 뒤쪽까지 전해짐.
∙ (ii) 눈 속 액체 표면에서 광선이 굴절되어 자극을 전달하는 여러 광선들 중 대상의 한 점에서 나온 광선들이 시신경의 한 점에 모임
∙ (iii) 오차를 줄이기 위하여 빛의 세기가 허락하는 한도에서 동공 크기가 수축시킬 수 있음.
∙ (iv) 시신경 맞은편에 있는 눈의 불투명한 부분이 모두 검은색이라서 시신경의 한 점으로 다른 광선들이 향하지 못함.
∙ (v) 눈알의 모양이 변하여 대상이 눈에서 가까워지거나 멀어져도 대상의 각 지점에서 나온 광선이 각각 눈 뒤의 해당 지점들로 정확히 수렴됨.
- 마지막 언급한 것을 빼고 나머지는 자연이 완벽하게 제공한 것이 아니라서 여기에 더할 것이 무엇인지 생각해야 함.
어떤 사람들의 눈은 멀리 떨어진 대상만을 잘 볼 수 있는 모양이거나 가까운 대상만 잘 볼 수 있음.
우리의 눈이 처음에는 조금 길쭉한 형태이다가 나이가 들면서 평평해지는 것으로 추측.
- 이런 결함을 기술적으로 개선하려면 광선을 휘기 위해 안경이나 투명체의 표면을 어떤 모양으로 만들지 결정하는 것.
- 충족해야 하는 두 조건
(i) 렌즈의 모양은 작도하고 제작하기에 무리가 없는 가능한 한 단순한 형태인 것
(ii) E, F와 같이 물체의 다른 지점에서 온 광선도 마치 E, F에서 나온 것처럼 보이게끔 눈으로 들어와야 함.
269-272쪽
- 상의 크기를 결정하는 세 가지 요소
∙ (i) 물체의 여러 지점에서 눈으로 보내는 광선들의 교차 지점과 대상 사이의 거리
∙ (ii) 광선들의 교차 지점과 눈의 망막 사이의 거리
∙ (iii) 광선들의 굴절
- 상 RST가 평소보다 더 커지는 경우 [그림3]
∙ (i) 대상 VXY가 교차 위치 K와 가까워질 때
∙ (ii) 눈의 길이가 세로로 더 길게 늘어나도록 하여 광선들이 교차되는 각막 BCD와 망막 RST의 거리가 멀어질 때
∙ (iii) 굴절된 광선이 중점 S 안쪽으로 꺾이기보다는 바깥 방향으로 꺾일 때
- 마지막 방법으로는 상의 크기를 조금밖에 못 늘리며 가능하다고 해도 많은 어려움이 뒤따르므로 나머지 두 가지 방법 중 하나를 사용하는 것이 좋음.
271-272쪽
- 상을 확대하는 방법(1)
반 피트나 1피트보다 가까이 있는 대상을 관찰할 수 있는 수단이 우리에게 자연적으로 주어지지 않았음.
가까운 지점으로부터 오는 빛을 먼 지점에서 오는 빛처럼 처리하는 P와 같은 렌즈를 눈과 대상 사이에 끼워 넣으면[그림2], 눈과 물체 사이의 거리를 최대 12-15배까지 늘릴 수 있음. 이는 광선들이 12-15배 정도 가까운 지점에서 교차되기 때문.
광선들이 눈 표면이 아니라 렌즈 표면에서 교차하면 상은 200배 정도 커지고 또렷해질 것임.
이 방법을 이용하면 200배 이상 더 크게 상의 크기를 키울 수도 있음.
272-274쪽
- 상을 확대하는 방법(2)
- 물체의 서로 다른 점들로부터 오는 광선들을 망막으로부터 가능한 한 멀리서 교차시키는 것
이는 접근하기 힘든 대상에 대해서도 사용할 수 있는 유일한 방법이며 효과에 제한이 없음.
관 EF에 물이 차 있고 그것은 눈 속을 채운 세 가지 액체 중 첫 번째 것과 굴절률이 거의 같다면 눈의 입구 쪽 굴절은 더 이상 없을 것. GI를 통과할 때 굴절될 것.[그림4]
관 GI에서 교차된 광선들은 눈 BCD에서 교차된 광선들보다 커다란 상 RST를 만들 것.
관이 길수록 상도 크게 형성됨.
274-275쪽
위에서 말한 방식은 눈에 물이 직접 닿기 때문에 매우 불편한 방식
얇은 막 BCD의 정확한 모양을 모르기 때문에 그것을 대체할 렌즈의 모양을 정확히 결정할 수도 없음.
렌즈 한 개나 여러 개 또는 다른 투명체를 이용할 수 있음.[그림5]
관 HF 전체를 채울 만큼 충분히 두껍고 빛의 진행을 방해하지 않을 만큼 투명한 렌즈나 투명체를 찾는 것은 쉽지 않음.
따라서 관 내부를 텅 비게 하고 관의 두 표면 GHI와 KLM이 산출하는 것과 동일한 효과를 지니는 것을 관의 양 끝에만 두면 됨.
이러한 원리에 기초하여 망원경을 제작할 수 있고, 이것이 이 책을 집필하는 계기가 됨.
275쪽
- 시력을 향상시키기 위해서 외부 기관이 필요로 하는 세 번째 조건
시신경 섬유에 작용하는 자극이 너무 강하거나 약하면 안 된다는 점.
태양을 보고 싶지만 태양의 자극이 너무 강해서 그 자극을 견딜 만큼 동공 크기를 수축시키기 못할 때는 동공 역할을 대신 할 작은 구멍이 뚫린 검은 물체를 눈 앞에 두면 해결됨.
자극의 세기가 너무 약하면 태양 광선에 그 대상을 노출시킨 후 거울이나 돋보기를 사용하여 그 대상을 훼손하지 않을 만큼의 세기로 빛을 비추면 됨.
276-277쪽
망원경 사용하는 경우
277-278쪽
부연 설명
278-279쪽
- 외부 기관에 요구되는 네 번째 조건
우리가 가능한 한 많은 대상을 동시에 지각하도록 해주어야 한다는 것
이 조건은 우리가 더 잘 볼 수 있게 하는 것이 아니라 더 편하게 보게 하기 위해서 필요한 것임.
또한 동시에 하나 이상의 물체를 뚜렷하게 보는 것은 불가능함.
279쪽
쉬어가며
(2019.10.29.)
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