거울 앞에 거울을 놓으면 왜 무한히 반복될까? 반사의 물리학

두 거울이 마주 보고 있으면 내 모습이 끝없이 반복되어 보입니다. 이론적으로는 무한히 반복되어야 하는데, 실제로는 멀어질수록 어두워지다가 사라집니다. 왜 무한히 보이지 않을까요?

그리고 거울은 좌우가 아니라 앞뒤를 반전시킵니다. 좌우 반전처럼 느껴지는 이유는 우리 뇌가 만들어내는 착각입니다. 오늘은 반사의 물리학을 파헤쳐 봅니다.

오늘의 탐구 목차

• 1. 거울은 어떻게 상을 만들까 — 반사의 기본 원리
• 2. 두 거울이 마주보면 왜 무한히 반복될까 — 다중 반사의 원리
• 3. 왜 무한히 보이지 않을까 — 빛의 손실과 한계
• 4. 거울은 정말 좌우를 뒤집을까 — 반전의 진실

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1. 거울은 어떻게 상을 만들까: 반사의 기본 원리

빛은 거울 표면에 닿으면 입사각과 같은 각도로 반사됩니다. 이것을 반사의 법칙(Law of Reflection)이라고 합니다. 뇌는 반사된 빛이 온 방향으로 직선을 연장해 물체의 위치를 인식합니다. 거울 뒤에 있는 것처럼 보이는 허상(Virtual Image)이 만들어지는 이유입니다.

거울의 신기한 현상

 

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2. 두 거울이 마주보면 왜 무한히 반복될까: 다중 반사의 원리

두 거울 사이에서 빛은 첫 번째 거울 → 두 번째 거울 → 첫 번째 거울로 이론적으로 무한히 반사됩니다. 매번 반사될 때마다 새로운 상이 만들어집니다.

 

두 거울의 각도가 좁을수록 더 많은 상이 보입니다. 만화경(Kaleidoscope)이 화려한 패턴을 만드는 것도 이 원리를 활용한 것입니다.

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3. 왜 무한히 보이지 않을까: 빛의 손실과 한계

거울은 빛의 95~99%만 반사합니다. 99%를 반사하는 거울도 100번 반사하면 빛의 양이 약 37%로, 1,000번이면 0.004% 이하로 줄어듭니다.

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결국 충분히 많은 반사가 일어나면 빛의 강도가 우리 눈이 감지할 수 있는 수준 이하로 떨어집니다. 그래서 실제로는 유한한 수의 상만 보이는 것입니다.

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4. 거울은 정말 좌우를 뒤집을까: 반전의 진실

놀랍게도 거울은 좌우를 뒤집지 않습니다. 거울이 뒤집는 것은 앞뒤입니다. 내 코는 거울 쪽을 향해 있지만 거울 속 내 코는 나를 향해 있습니다.

 

좌우 반전처럼 느껴지는 이유는 "저 사람이 나를 향해 돌아서면 어떻게 보일까?"라고 무의식적으로 상상하는 우리 뇌 때문입니다. 좌우 반전은 우리 뇌가 만들어내는 착각입니다.

 

거울 반사에 대해 알아두면 좋은 과학적 사실

• 반타블랙(Vantablack)은 빛의 99.965%를 흡수해 세상에서 가장 검은 물질로 알려져 있습니다.
• 두 거울을 정확히 90도로 배치하면 어떤 각도에서도 정면을 향한 상이 만들어집니다. 도로 표지판의 코너 반사경에 활용됩니다.
• 잠망경은 두 거울을 45도로 배치해 빛의 방향을 90도씩 두 번 꺾어 잠수함에서 수면 위를 볼 수 있게 합니다.

'쉬운 과학'이 추천하는 빛·소리·전기 이야기

• 같은 흰색인데 왜 다르게 보일까? 색온도와 연색지수의 과학
• 왜 유리는 투명하고 금속은 불투명할까? 빛과 물질의 상호작용

참고: Hecht E., Optics (2017), American Journal of Physics, Physics Education

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