엑스레이를 처음 본 밤

듣는 사람은 아이, 읽는 사람은 부모입니다. 이 페이지는 이야기를 들은 뒤 아이가 던질 질문에 답할 수 있도록 만든 자료입니다. 이야기 대본은 재생 중 스크립트 버튼으로 볼 수 있습니다.

무엇을 다루나

1895년 겨울, 독일의 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 깜깜하게 만든 실험실에서 이상한 것을 봅니다. 검은 종이로 완전히 감싼 유리관 옆에서, 저만치 놓아둔 형광 종이가 혼자 빛나고 있었습니다. 빛이 새어 나올 데가 없는데도요.

이 이야기는 "이상한데?"에서 멈추지 않은 사람에 관한 것입니다. 그리고 자기가 발견한 것이 무엇인지 끝내 알아내지 못한 채 그 사실을 논문에 그대로 적은 정직함에 관한 것이기도 합니다 — 그는 마지막까지 "내가 내놓은 설명은 아직 더 확인이 필요하다"고 썼고, 이름도 정하지 못한 채 X선이라 불렀습니다. 130년이 지난 지금도 우리는 그것을 엑스레이라고 부릅니다. (다만 원논문이 밝힌 작명 이유는 "모른다"가 아니라 "짧게 부르려고, 그리고 다른 광선들과 구별하려고"입니다 — 아래 FAQ를 봐 주세요.)

그날 실제로 있었던 일

• 1895년 11월 8일, 뷔르츠부르크 대학. 뢴트겐은 진공관에 고전압을 걸어 방전시키는 실험을 하고 있었습니다. 당시 물리학자들 사이에서 널리 하던 실험입니다.
• 그는 관을 검은 마분지로 완전히 감싸고 방을 어둡게 했습니다. 관에서 나오는 가시광선을 차단한 상태에서 무슨 일이 일어나는지 보려던 것입니다.
• 그때 근처에 있던 바륨 백금시안화물을 바른 스크린이 형광을 냈습니다. 원논문에 따르면 그 형광은 2미터 떨어진 거리에서도 보였습니다.
• 이어진 몇 주 동안 그는 온갖 물질을 대어 보았습니다. 원논문의 표현으로 "모든 물체가 투과성을 갖지만 그 정도는 매우 다양하다" — 천 쪽짜리 책도, 두꺼운 나무판도, 심지어 1.5cm 두께의 알루미늄판도 빛을 완전히 죽이지는 못했습니다. 대신 납은 1.5mm만 되어도 사실상 막았습니다. 원논문은 그 차이를 재질이 아니라 밀도로 설명합니다(밀도만으로는 다 설명되지 않는다는 반례 실험도 함께 싣습니다).
• 1895년 12월 22일, 아내 안나 베르타의 손을 촬영합니다. 사진에는 손뼈와 결혼반지가 찍혔습니다.
• 12월 28일 예비 보고서를 제출했고, 이듬해 영어 번역본이 Science에 실립니다. 발표 후 몇 달 만에 세계 곳곳의 병원이 엑스선을 쓰기 시작했습니다.
• 1901년, 제1회 노벨 물리학상을 받습니다. 그는 이 발견에 대해 특허를 내지 않았습니다.

아이가 물어볼 만한 질문

"엑스레이 찍으면 아파?" 아프지 않습니다. 몸을 통과할 뿐이고 느껴지지도 않습니다. 아이가 병원에서 겪은 경험(가만히 서 있기, 숨 참기)과 연결해 주면 이해가 빠릅니다.

"왜 뼈만 하얗게 보여?" 이게 원논문의 핵심과 바로 이어집니다. 물질마다 통과하는 정도가 다릅니다. 살은 많이 통과시키고 뼈는 많이 막습니다. 많이 막힌 자리가 사진에 하얗게 남습니다. — 손전등을 손바닥에 대 보면 살은 빛이 통과해 붉게 보이는 것과 같은 원리라고 설명하면 좋습니다.

"그럼 자주 찍어도 돼?" 정직하게 답해 주시는 편이 낫습니다. 많이 쬐면 몸에 해롭습니다. 그래서 꼭 필요할 때만 찍고, 찍을 때 다른 부위는 가려 줍니다. 발견 초기에는 위험을 몰라서 다친 사람들이 있었고, 그 경험으로 지금의 안전 규칙이 생겼습니다. — "몰랐던 걸 알아가는 과정"이라는 이야기의 주제와도 맞닿습니다.

"엑스는 왜 엑스야?" 몰라서입니다. 뢴트겐은 그게 빛인지 무엇인지 끝내 결론 내리지 못했고, 자외선이라는 설명을 하나하나 반박한 뒤 "나는 그 결론에 이를 수 없어서 다른 설명을 찾았다"고 적었으며, 논문 마지막에도 "내가 내놓은 설명은 아직 더 확인이 필요하다"고 밝혔습니다. 다만 원논문이 직접 밝힌 작명 이유는 조금 다릅니다 — 각주에 "짧게 부르려고, 그리고 이미 이 이름으로 불리던 다른 광선들과 구별하려고 X선이라 부르겠다"고만 적혀 있습니다. "모르는 것을 X라 부른다"는 설명은 뒷사람들이 붙인 것입니다. 아이에게는 그대로 "이름조차 아직 못 정한 상태였다"고 풀어 주셔도 좋지만, "논문에 그렇게 적혀 있다"고는 말씀하지 않는 편이 정확합니다.

"지금도 이런 게 발견돼?" 됩니다. 다만 요즘은 혼자가 아니라 여러 나라 연구팀이 함께하는 경우가 많습니다. "이상한데?"를 붙잡는 일은 지금도 똑같이 일어납니다.

이야기에 담긴 개념

• 투과 — 물질마다 통과 정도가 다르다는 것. 그림자가 생기는 원리와 같습니다.
• 미지수 X — 모르는 것에 이름을 붙이는 방법. 수학의 x와 같은 발상입니다.
• 준비된 우연 — 우연히 봤지만, 그걸 붙잡을 준비가 된 사람에게만 발견이 됩니다. 같은 진공관은 다른 실험실에도 많이 있었습니다.

무엇이 근거이고 무엇이 전해지는 이야기인가

이야기를 만들 때 다음과 같이 구분했습니다.

원논문에 실제로 있는 것 깜깜한 방, 검은 마분지로 감싼 관, 스크린의 형광, 2미터 거리에서도 보임, 햇빛·아크등의 가시광선과 자외선을 막는 마분지를 통과함, 모든 물체가 정도만 다를 뿐 투과됨, 그리고 손뼈 그림자 — 원논문은 "손을 방전관과 스크린 사이에 두면 손 그림자 안에 더 진한 뼈 그림자가 보인다"고 적고, 뒤에서 "손뼈 그림자 사진을 갖고 있다"고도 밝힙니다. 논문에 없는 것은 그 손의 주인이 아내였다는 것과 결혼반지뿐입니다.

널리 확립된 역사 1895년 11월의 발견(11월 8일이라는 날짜는 논문이 아니라 뢴트겐의 실험일지에서 온 것입니다), 그 손 사진의 주인공이 아내 안나 베르타였다는 것과 반지, 1901년 제1회 노벨 물리학상, 특허를 내지 않은 것.

의도적으로 빼놓은 것 아내가 사진을 보고 "내 죽음을 보았다"고 말했다는 유명한 일화. 여러 곳에서 인용되지만 출처가 분명하지 않아 이야기에 넣지 않았습니다.

근거와 그 뒤

원논문 — Wilhelm Conrad Röntgen, 「Über eine neue Art von Strahlen」, Sitzungsberichte der Würzburger Physikalisch-Medicinischen Gesellschaft, 1895 (논문 말미의 서명이 "뷔르츠부르크 대학 물리학연구소, 1895년 12월"입니다). 이듬해 영어 번역본이 "On a New Kind of Rays"로 실렸고, Paperis 「거인의 어깨」에는 그 영어판(Science, 1896)으로 기초과학 분야에 등재돼 있습니다.

이 발견이 낳은 것

• 의료 영상 — 수술하지 않고 몸속을 보는 일이 처음으로 가능해졌습니다. 오늘날의 CT도 같은 원리를 회전시켜 단면을 얻는 것입니다.
• X선 결정학 — 물질에 X선을 쏘아 튕겨 나오는 무늬로 원자 배열을 알아내는 방법입니다. 이 방법이 없었다면 DNA의 이중나선 구조도, 단백질의 3차원 구조도 밝혀지지 못했습니다. 「거인의 어깨」의 여러 항목이 이 계보에 놓여 있습니다.
• 방사선 안전 — 초기의 피해 경험이 오늘날의 피폭 관리 규칙을 만들었습니다. 발견이 곧 안전을 뜻하지는 않는다는 사례이기도 합니다.

함께 해볼 것

• 손전등을 손바닥에 대 보기. 살은 붉게 통과되고 뼈 부근은 어둡습니다. 투과의 차이를 눈으로 보는 가장 쉬운 방법입니다.
• 병원에서 찍었던 엑스레이 사진이 있다면 함께 보기. 어디가 하얗고 어디가 검은지 물어봐 주세요.
• 오늘 하루 중 "어, 이상한데?" 싶었던 것을 하나씩 말해 보기. 이야기의 마지막 문장과 이어집니다.