[박종진의 과학 이야기] 제임스 클러크 맥스웰

박종진

아인슈타인의 연구실 벽에 세 사람의 초상이 걸려 있었다는 이야기를 들은 적이 있다. 모두 영국인인데 아이작 뉴턴, 마이클 패러데이, 제임스 클러크 맥스웰 등이 그 주인공이다.  
 
아인슈타인은 굳이 물리학의 시대구분을 한다면 맥스웰 이전과 이후로 나눌 수 있다는 말을 했다. 우리는 지금 전자기 현상이 지배하는 세상에 살고 있으므로 꼭 알아야 할 사람이라고 생각해서 소개한다.
 
제임스 클러크 맥스웰은 1831년 영국 스코틀랜드의 부유한 가정에서 태어났다. 어릴 때부터 천재 소리를 듣고 자라더니 겨우 25세의 나이에 최연소 교수가 되었다고 한다.  
 
맥스웰의 선배 격인 마이클 패러데이도 전기와 자기와의 상호 관계를 어느 정도 알고 있었지만, 수학적으로 정확히 계산해 내지 못했는데 갑자기 맥스웰이란 수학 천재가 나타나서 전자기학을 수식을 사용해서 말끔히 정리해 놓자 개인적으로 편지를 보내 그 공적을 치하했다는 일화도 있다.
 

당시까지만 해도 전기와 자기는 서로 다른 두 영역이었는데 맥스웰은 두 가지를 통일하여 전자기의 기초를 마련했다.  
 
영국의 BBC 방송사에서는 21세기를 맞아 인류 과학사에 지대한 업적을 남긴 100명을 뽑았는데 1위는 뉴턴, 2위는 아인슈타인, 그리고 3위에 맥스웰이 올랐을 정도였다. 그의 업적 중 또 하나가 더 있다면 컬러 사진을 발명한 일이다.
 
사실 자력은 아주 오래 전부터 알려진 현상이었고, 전기 역시 두 물체가 마찰하면 발생하는 정전기 현상을 통해 기원전에 이미 그리스 철학자 입에 오르내렸다. 그런데 이 두 힘이 상호 작용한다는 사실이 19세기가 되어서야 밝혀졌다.  
 
제임스 클러크 맥스웰이 태어나던 해에 덴마크의 한스 외르스테드라는 물리학자는 전기가 흐를 때 곁에 있던 나침반의 바늘이 움직이는 것을 보고 전기와 자기의 상호 관계에 관해서 연구하기 시작했다. 그는 전기와 자기 사이에 어떤 관계가 있을 것으로 생각하고 여러 실험을 통해 인류 최초로 전자석을 만들기도 했다. 그 후 영국의 마이클 패러데이는 전자석 실험을 반복해서 결국 전자기 유도 현상을 규명했다.  
 
이렇게 마이클 패러데이와 제임스 클러크 맥스웰에 의해서 시작된 전자기 이론은 아인슈타인의 상대성이론과 최근 대세로 굳어진 양자역학에 지대한 영향을 주었다.  
 
이론물리학자였던 맥스웰은 그동안 발표되었던 전기와 자기 이론을 뭉뚱그려 소위 맥스웰 방정식으로 불리는 몇 가지 공식으로 정리했다. 또한, 전자기파의 존재를 처음으로 추측했는데 나중에 하인리히 헤르츠의 실험으로 밝혀졌고 그 공로로 헤르츠는 지금 주파수의 단위로 쓰인다. 그뿐만 아니라 빛도 전자기파의 일종이므로 전자기파는 빛과 같은 속도로 이동한다는 사실도 알아냈다.
 
마이클 클러크 맥스웰의 이름을 말할 때 중간에 클러크를 꼭 집어넣는 이유가 있다. 변호사였던 그의 아버지는 원래 존 클러크라는 이름이었는데 그 지방 부자였던 맥스웰 집안에서 넓은 땅을 주는 조건으로 자기 가문의 성을 사용할 것을 제안해서 맥스웰이란 새 성을 갖게 되었다. 따라서 그의 아들도 제임스 클러크 맥스웰이란 이름으로 세상에 태어났고 그렇게 해서 맥스웰 가문은 대대손손 그 이름을 빛내게 되었다. (작가)  
 
 

박종진