눈을 가늘게 뜨고 빛을 보면 왜 '+' 모양이 보일까?

햇빛은 물론 형광등이나 밝은 등불의 빛에도 눈이 부셔 눈을 감거나 가늘게 떠야 하는 경우가 있습니다. 특히 한 낮에 길을 걸어가다 강한 태양빛을 보면 무의식중에 눈을 가늘게 뜨게 되는데 이때 얼굴을 찡그리면서 까지 눈을 가늘게 뜨면 눈에 '+' 모양이 아른하게 보이게 되죠. 눈부심때문에 눈을 가늘게 뜰 때마다 보이는 이 기호는 대체 왜 보이게 되는 것일까요?

여러 자료들을 찾아본 결과 이 의문에 대한 명확한 해답은 없다는 것을 알 수 있었습니다. 그러나 몇가지 가능성이 있는 근거들을 찾을 수 있었죠. 이런 근거들에 대한 명확한 이해를 위해 먼저 우리 눈이 사물을 어떻게 보는지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

우리가 물체를 본다는 것은 우리 눈으로 들어오는 빛이 각막, 수정체, 초자체를 통과한 후 망막에서 전기신경 부호로 변하면서 이것이 우리 머리의 뒷부분에 위치한 후두엽에서 인지되는 것을 의미합니다.

눈이 사물을 보는 원리, @shutterstock

잘보인다는 것은 망막에 물체에 상이 잘 맺힌다는 것을 의미하는데 반대로 이야기하면 눈이 나쁜사람(근시·원시·난시)의 눈은 망막 앞이나 뒤에서 상이 맺히므로 똑똑히 볼 수 없다는 것을 의미하죠. 그러나 만일 눈이 나쁜 사람도 눈을 가늘게 뜨면 물체의 상을 망막에 맺히게 하여 잘 볼수 있는데 이 때문에 우리는 사물이 잘 보이지 않을때 눈을 가늘게 뜨게 되는 것입니다.

카메라의 원리를 생각해보면 이를 더 쉽게 이해할 수 있습니다. 사람의 눈과 같은 역할을 하는 카메라의 조리개를 조이면 초점심도가 깊어져 가까운 사물도, 멀리 있는 풍경도 모두 잘 보이게 됩니다. 반대로 카메라 조리개를 열면 초점심도가 얕아지고 가까운 사물은 잘 보이지만 멀리 있는 풍경은 흐릿하게 보이게 되는 것이죠.

카메라 조리개의 변화에 따른 차이, @giphy

위 카메라와 비교해보자면, 카메라 조리개를 조이는 것이 우리가 눈을 찡그리는 것과 같습니다. 이때 초점심도가 깊어지고 시야 전체가 잘 보이게 되는데 조리개를 여는 것처럼 우리 눈도 크게 뜨면 초점심도가 얕아지고 가까운 사물만 또렷이 보이게 됩니다. 반대로 가늘게 뜨면 잘보이게 되는 것이죠.

이를 핀홀 효과(pin hole effect) 라고 하는데 이런 이유로 우리는 사물이 잘 보이지 않으면 카메라의 조리개를 조이듯이 눈을 가늘게 뜨게 되는 것입니다.

이렇게 하면 보일까?, @giphy

이제 다시 질문으로 돌아와 보겠습니다. 빛때문에 눈이 부셔서 앞이 잘 안보이니 눈을 가늘게 뜨는 것인데 왜 '+'모양이 보이게 되는 것일까요? 앞서 언급했듯이 명확한 이유는 알 수 없지만 그럴듯한 설명이 있는데 그중 하나가 바로 빛의 회절현상입니다. 회절현상이란 진행하는 빛이 물체의 모서리나 작은 구멍을 통과할 때 장애물을 우회하여 직접적으로 도달하지 않고 장애물때문에 휘어 나가는 현상을 말합니다.

호이겐스 원리(빛이 휘어지고 있다),https://www.docsity.com/

이 이론은 호이겐스의 원리에 의해서도 잘 설명이 되는데 이 원리는 파동의 전파를 설명하는 것으로, 파면 위의 모든 점들은 새로운 점파원이 되고 이 점파원에서 만들어진 파동들의 파면에 공통 접선이 새로운 파면이 된다는 것이죠. 즉, 이 이론에 따르면, 빛이 장애물 혹은 좁은 공간을 만날때, 빛의 점파원은 새로운 파동의 원천이되어 그 장애물 부터 새로운 파원을 형성하게 되는 것이죠. 그리고 이런 이유로 빛이 회절되게 되는 것입니다.

@science open resource center

우리가 눈을 가늘게 뜨게 되면 작아진 눈 그리고 눈꺼풀에 의해서 빛이 들어오는 통로가 좁아지게 되는데 이때 빛은 회절하면서 아래 위로 휘어지게 되는 것이고 이를 우리 눈은 +형태로 인식을 하게 되는 것이죠.

또 고려해볼만한 원인은 바로 눈의 질병중 하나인 '백내장'입니다. 백내장은 말랑말랑했던 수정체가 노화의 영향으로 딱딱하게 굳어지며, 뿌옇게 혼탁해지는 질병으로 이 때문에 눈에 들어올 수 있는 빛의 양을 줄이는 원인이 됩니다. 백내장의 경우에도 빛이 회절이 되어 빛번짐 현상을 겪을 수 있는데 이때문에 우리 눈은 빛을 +형태로 보게 될 수 있는 것이죠.

이런 이유로 빛을 볼때 위와 같은 현상이 심하게 나타난다면 가장 먼저 안과를 찾아가서 진료를 받아보는 편이 좋을 듯 합니다.

참고자료·논문자료·자문 등 도움

1) 회절과 호이겐스의 원리

http://scienceorc.net/science/senghwal/081.html

2) 알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 2. 빛의 파동설

http://news.samsungdisplay.com/17968

3) 빛의 간섭과 회절

http://phylab.yonsei.ac.kr/exp_ref/209_Light_KOR.pdf

4) Why can people see more clearly when they squint their eyes?

https://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=2577

5) 빛이란 무엇인가 (2)

http://www.vekni.org/index.php?mid=Germanyinformation&document_srl=46697

6) 백내장이란 무엇인가?

http://health.chosun.com/site/data/html_dir/2017/08/24/2017082401732.html