안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
비누막 표면에 무지개색이 나타나고 시간에 따라 색이 변하는 이유는 빛의 박막 간섭 현상과 중력, 증발에 의한 비누막 두께의 지속적인 변화 때문입니다. 이와 관련하여 설명해 드릴게요.
햇빛이나 전등 빛이 얇은 비누막에 도달하면, 일부는 바깥쪽 표면에서 반사되고 일부는 막을 침투하여 안쪽 표면에서 반사되는데, 바깥쪽에서 반사된 빛과 안쪽에서 반사된 빛은 서로 겹쳐서 나아갑니다. 두 빛의 파장이 일치하면 빛이 강해지는 보강 간섭이, 서로 엇갈리면 빛이 약해지는 상쇄 간섭이 일어납니다. 백색광을 구성하는 색상들은 저마다 파장의 길이가 다른데, 비누막의 특정 두께 조건에 맞아떨어지는 파장의 빛만 보강 간섭을 일으켜 강하게 반사되므로, 표면에 무지개처럼 알록달록한 색이 드러납니다.
비누막이 형성되면 중력의 영향으로 막 내부의 수분이 아래로 흘러내리기 때문에 비누막은 위쪽이 얇고 아래쪽이 두꺼운 상태가 됩니다. 공기 중으로 수분이 증발하면서 비누막 전체의 두께도 점차 얇아지는데, 비누막의 두께가 위치와 시간에 따라 끊임없이 변함에 따라, 보강 간섭을 일으키는 빛의 파장도 계속 바뀝니다. 그 결과 무지개색 띠가 위에서 아래로 흘러내리듯 소용돌이치며 변화하는 모습이 관찰됩니다.
막 위쪽의 수분이 계속 빠져나가 막의 두께가 가시광선 파장보다 훨씬 얇아지면 안쪽과 바깥쪽에서 반사된 빛이 서로를 완전히 상쇄합니다. 이때 비누막 위쪽은 빛을 거의 반사하지 못해 검은색으로 보이게 되며, 이는 비누막이 조만간 터질 것임을 나타냅니다.