과학기술과 새로운 문화

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쇠라의 점묘화를 가까이서 보면 색색의 작은 점뿐인데, 몇 걸음 물러서면 공원의 풍경이 매끈하게 나타난다. 휴대 전화 화면도 돋보기로 보면 빨강, 초록, 파랑의 작은 점들이지만 손에 들고 보면 사진처럼 보인다. 눈은 왜 점을 점으로 보지 못할까? 그리고 화면 기술은 사람들이 보고, 듣고, 노는 방식을 어떻게 바꾸었을까?

화소 밀도 (ppi) 보는 거리 (cm)

그림 1. 화소 하나가 눈에서 이루는 각. 사람 눈은 약 1분(1/60°)보다 작은 각으로 떨어진 두 점을 구별하지 못하므로, 그보다 작으면 점들이 녹아 매끈하게 보인다.

먼저 알아야 할 것빛의 삼원색, 눈의 구조(통합과학), 각도와 탄젠트(수학), 과학기술의 명암(산업혁명 이후 과학기술의 명암).

3.1.1눈의 해상력

눈의 망막에는 빛을 느끼는 시세포가 촘촘히 늘어서 있는데, 가장 촘촘한 중심 부분에서도 시세포 사이에 간격이 있다. 그리고 동공을 지난 빛은 조금 퍼진다. 그래서 두 점이 아주 가까우면 같은 시세포 몇 개에 빛이 떨어져 하나로 보인다. 시력 1.0인 사람은 약 1분 각으로 떨어진 두 점을 겨우 구별한다.

정리 3.1.1 화소가 보이지 않는 조건

화소 간격이 \(p\), 보는 거리가 \(L\)이면 화소가 눈에서 이루는 각은 약 \(\dfrac{p}{L}\)(라디안)이다. 이 각이 1분, 곧 약 \(2.9 \times 10^{-4}\) 라디안보다 작으면 화소가 구별되지 않는다.

그림 1에서 화소 밀도와 거리를 바꾸어 보자. 30 cm 거리에서 화소가 보이지 않으려면 약 290 ppi 이상이어야 한다. 그래서 휴대 전화는 300~500 ppi로 만든다. 거실의 텔레비전은 2~3 m 떨어져 보므로 훨씬 낮은 밀도로도 매끈해 보인다. 같은 원리로 쇠라의 점묘화는 점이 수 mm 크기여서 몇 m 떨어져야 색이 섞여 보인다.¹

3.1.2새로운 기술, 새로운 문화

사진, 영화, 텔레비전, 휴대 전화는 사람들이 세상을 보고 기록하는 방식을 바꾸었다. 사진이 등장하자 화가들은 사실을 그대로 그리기보다 빛과 색의 인상을 표현하는 쪽으로 나아갔다. 녹음과 방송은 음악을 공연장 밖으로 퍼뜨렸고, 디지털 화면과 인터넷은 누구나 사진과 영상을 만들어 나누는 문화를 낳았다. 이 모든 기술은 빛의 삼원색과 눈의 해상력 같은 사람의 감각에 대한 이해 위에 서 있다.

그림 2. 멀리서 보는 화면일수록 낮은 화소 밀도로도 매끈하게 보인다.

3.1.3예제 풀이

예제 3.1.2

400 ppi 휴대 전화 화면의 화소 간격을 mm로 구하여라(1인치 = 25.4 mm). 이 화면을 25 cm 거리에서 볼 때 화소 하나가 이루는 각은 몇 분인가? 화소가 보이는가? (1분 ≈ \(2.9 \times 10^{-4}\) 라디안)

화소 간격은 \(\dfrac{25.4}{400} \approx 0.064\) mm이다. 25 cm, 곧 250 mm 거리에서 각은 \(\dfrac{0.064}{250} \approx 2.5 \times 10^{-4}\) 라디안이다.

이를 분으로 바꾸면 \(\dfrac{2.5 \times 10^{-4}}{2.9 \times 10^{-4}} \approx 0.88\)분으로 1분보다 작다. 그래서 화소가 보이지 않는다. 그런데 화면을 10 cm까지 가까이 대면 각이 2.2분으로 커져 점이 보이기 시작한다. 즉 '매끈한 화면'은 화면만의 성질이 아니라 화면과 눈과 거리의 관계이며, 기술은 사람 눈의 한계를 정확히 알고 그 너머를 만든다.

아래 탐구 카드에서 새 기술이 보고 듣고 노는 방식을 바꾼 사례와, 점을 찍어 그린 그림이 멀리서 매끈해 보이는 까닭을 살펴보자.

애플은 2010년 '망막 디스플레이'라는 이름으로, 일반적인 거리에서 화소가 보이지 않는 326 ppi 화면을 내놓았다. 이름은 마케팅 용어이지만, 계산의 근거는 눈의 해상력이다.

마무리

사람 눈은 약 1분보다 작은 각으로 떨어진 점을 구별하지 못하므로, 화소 간격을 보는 거리로 나눈 각이 이보다 작으면 점들이 녹아 매끈하게 보인다. 사진, 방송, 디지털 화면은 이런 감각의 이해 위에서 새로운 문화를 만들었다. 그래서 처음 질문의 점묘화와 휴대 전화 화면은 점 하나가 눈의 해상력 한계보다 작은 각으로 보이는 거리에서 매끈하게 보인다.

읽기 1

새 기술은 어떻게 사람들이 보고, 듣고, 노는 방식을 바꾸었을까?

읽기 · 과학기술과 문화의 변화 · 과학 주제 콘텐츠 만들기

200년 전에는 자기 얼굴을 사진으로 가진 사람이 없었고, 음악은 연주자가 있는 곳에서만 들을 수 있었다. 오늘 우리는 하루에도 수십 장의 사진을 찍고, 이어폰으로 지구 반대편 가수의 노래를 듣는다. 기술은 문화를 어떻게 바꾸었고, 문화는 기술을 어떻게 바꾸었을까?

1기술이 연 새로운 문화

기술	바탕이 된 과학	달라진 문화
금속 활자 인쇄 고려 『직지』(1377), 구텐베르크(15세기 중엽)	금속 주조, 잉크와 종이의 화학	책값이 내려가 지식이 소수의 필사본에서 많은 독자에게로 퍼짐. 과학 서적과 논쟁이 빠르게 유통됨
사진 다게르 방식 공개(1839)	빛에 반응하는 은 화합물, 렌즈 광학	초상과 기록이 대중화됨. 사실 그대로 그리는 일을 사진이 맡게 되면서, 화가들이 빛의 인상이나 색 자체를 탐구하는 쪽으로 옮겨 갔다는 해석이 많음
녹음과 영화 에디슨의 축음기(1877), 뤼미에르 형제의 상영(1895)	소리의 진동 기록, 눈의 잔상과 연속 사진	공연이 ‘복제할 수 있는 상품’이 됨. 대중음악 산업과 영화관 문화가 생김
방송과 텔레비전 20세기 전반	전자기파, 진공관과 브라운관	온 나라가 같은 시간에 같은 뉴스와 드라마를 봄. 시간표에 맞춘 생활 문화
인터넷과 스마트폰 1990년대 웹, 2000년대 후반 스마트폰	반도체, 디지털 통신, 광섬유	누구나 만들고 퍼뜨리는 1인 미디어, 짧은 영상과 밈, 실시간 연결. 정보의 양은 늘고 진위 확인은 어려워짐

기술이 문화를 일방적으로 정하는 것은 아니다. 사진기는 처음에 초상화의 값싼 대체품으로 팔렸지만, 사람들이 일상과 여행을 기록하는 데 쓰면서 지금의 사진 문화가 되었다. 사람들이 기술을 어떻게 쓰느냐가 기술의 방향을 다시 바꾼다. 이를 기술과 사회의 상호 작용이라 한다.

2과학을 주제로 한 예술

먼저 과학 소설(SF)이 있다. 메리 셸리의 『프랑켄슈타인』(1818)은 전기와 생명에 관한 당시의 실험을 배경으로, 과학자의 책임을 묻는 이야기로 지금도 읽힌다. 쥘 베른의 소설은 잠수함과 우주 여행을 상상했다.

미디어 아트도 있다. 백남준은 1963년 독일에서 텔레비전을 조작한 작품을 전시하며 비디오 아트를 개척했다. 1988년 국립현대미술관에 설치된 「다다익선」은 모니터 1,003대로 쌓은 탑이다.

또 허블 우주 망원경이나 제임스 웹 우주 망원경의 사진, 현미경 사진, 데이터를 시각화한 그림은 그 자체로 전시와 대중문화의 소재가 된다.

3과학 주제 콘텐츠 만들기와 발표

먼저 배운 과학 개념이나 과학사 사건 하나를 주제로 정한다(점묘법과 눈의 분해능, 삼분손익법, 세종 때의 측우기 등). 다음으로 교과서와 믿을 만한 자료 두 곳 이상에서 사실을 확인하고, 비유나 과장으로 틀린 내용이 되지 않는지 점검한다. 이어서 그림, 짧은 영상, 웹툰, 노래, 게임, 전시 패널 등 개념을 가장 잘 드러내는 매체를 고른다. 그리고 쓴 자료와 그림의 출처를 밝히고, 생성형 인공지능을 썼다면 어디에 썼는지 적는다. 마지막으로 발표한 뒤 감상자가 무엇을 새로 알게 되었는지 묻고, 과학적으로 틀린 부분이 없었는지 함께 검토한다.

판단“사진 때문에 인상주의가 생겼다”처럼 한 기술이 한 문화를 낳았다고 단정하는 것은 지나친 단순화이다. 인상주의에는 튜브 물감의 보급, 도시 생활의 변화, 화가들의 미학적 고민이 함께 작용했다. 기술과 문화의 관계는 여러 원인이 얽힌 이야기로 보아야 한다.

확인조건이 달라지면

어떤 학생이 “스마트폰이 생겨서 사람들이 책을 덜 읽게 되었다”는 주장을 발표하려 한다. 과학의 역사와 문화의 관점에서 가장 알맞은 보완은?

탐구 2

점을 찍어 그린 그림과 휴대 전화 화면은 왜 멀리서 보면 매끈할까?

과학과 미술 · 눈의 분해능 · 빛의 혼합 · 점묘화와 화소

점의 색

점 간격 = 2 mm

보는 거리 = 1 m

점 간격이 눈에서 이루는 각: —
점이 구별되지 않기 시작하는 거리: —
이 거리에서 필요한 해상도: —

시력 1.0인 눈은 약 1분(1/60도) 떨어진 두 점을 겨우 구별한다. 오른쪽 그림은 이 기준으로 점이 섞여 보이는 정도를 흉내 낸 모식이다. 빛의 섞임은 화면 밝기를 선형 값으로 바꿔 평균했다. 화소 간격은 대표 제품의 값(스마트폰 약 0.055 mm, 55형 4K TV 약 0.32 mm, 전광판 10 mm), 점묘화의 2 mm는 붓 점 크기를 어림한 값이다.

질문쇠라의 「그랑드자트섬의 일요일 오후」는 가까이서 보면 서로 다른 색 점투성이인데, 몇 걸음 물러서면 풀밭과 물결로 보인다. 휴대 전화 화면도 확대경으로 보면 빨강·초록·파랑의 작은 점뿐이다. 점은 언제부터 보이지 않을까?
복원물체의 크기가 같아도 멀어질수록 눈에서 이루는 각(시각)이 작아진다. 각이 작으면 망막의 같은 시각 세포에 여러 점의 빛이 함께 들어온다. 빛의 삼원색을 섞으면 밝아지는 가산 혼합이 일어난다.
설명사람 눈의 분해능은 약 1분이다. 점 간격이 이보다 작은 각을 이루면 눈은 점들을 따로 보지 못하고 빛을 평균한 한 가지 색으로 느낀다. 이것을 그림에 쓴 것이 점묘법이고, 같은 원리로 화면은 세 가지 색의 화소만으로 모든 색을 낸다. 화소가 보이지 않게 하려면 화면을 보는 거리에서 화소 간격이 1분보다 작아야 한다.
연결19세기 화학자 슈브뢸의 색 대비 연구와 물리학자 루드의 색채 이론 같은 과학책이 쇠라 등 신인상주의 화가에게 영향을 주었다. 과학 지식이 새 화풍을 낳은 것이다. 오늘날 화면 제조사는 ‘보는 거리에서 화소가 보이지 않는 해상도’를 기술 목표로 삼는다. 같은 과학이 미술관과 주머니 속에 함께 있다.
적용예시를 하나씩 눌러 보자. 스마트폰은 30 cm에서, 4K TV는 2 m에서 화소가 보이는가? 점묘화를 고르고 보는 거리를 늘려 점이 섞이기 시작하는 거리를 찾자. 노랑·파랑 점이 멀리서 무슨 색이 되는가? 물감으로 섞은 색과 비교해 보자.
판단노랑과 파랑 물감을 섞으면 초록이 되지만, 노랑과 파랑 점이 멀리서 섞이면 회색에 가까운 색이 된다. 물감은 빛을 빼는 감산 혼합이고, 눈에서 점이 섞이는 것은 빛을 더하는 가산 혼합이기 때문이다. 실제 점묘화의 점은 크기가 고르지 않고 물감 점이라 화면처럼 완전히 섞이지는 않는다. 화가들은 오히려 이 아른거림을 효과로 썼다.

확인조건이 달라지면

같은 화면을 1 m에서 보다가 50 cm로 다가가서 본다. 화소가 보이지 않으려면 해상도는 어떻게 되어야 할까?