[박종진의 과학 이야기] 전기와 자기

박종진

인류의 문명 발달 과정을 살펴보면 물, 불, 전기가 도약의 계기가 되었다.  
 
우선 물이 있어야 생명이 시작할 수 있으므로 물은 모든 생명의 근원이다. 지금도 태양계의 행성이나 위성을 포함해서 외계 행성에서 생명체의 존재를 찾는데 먼저 물이 있는지 탐사하는 것은 그 때문이다. 처음에 원시 상태이던 단순한 생명체는 점점 복잡한 구조로 진화하여 결국 우리 인류가 시작되었다.  
 
그런데 호기심이 많던 인류의 조상은 불을 다룰 줄 안 후 비약적인 발전을 한다. 음식을 익혀서 먹기 시작하자 영양소의 공급이 효과적으로 이루어져 현저한 두뇌 발달을 가져왔고, 추위와 사나운 맹수로부터 몸을 보호했고, 해가 지면 어두워서 움직이지 못하다가 불을 밝혀 밤낮을 가리지 않고 활동할 수 있었다. 불의 사용으로 인류는 문명을 발전시켜 나가며 이 지구의 주인이 되었다.
 
18세기가 끝나갈 무렵 인류는 전기와 자기에 관해서 자세히 관찰하기 시작했다. 사실 전기와 자기는 고대 그리스 시대부터 이미 알고 있었지만, 2천 년 동안 그 둘은 전혀 관계 없는 자연현상이라고 생각했다.  
 

갈릴레이와 같은 시대를 살았던 영국인 의사 윌리엄 길버트는 자기학의 아버지라고 불리는데 그는 지구가 거대한 자석이라는 사실을 처음으로 밝혀냈다. 길버트는 천체끼리 끌어당기는 만유인력의 원천을 자기력이라고 생각했는데 케플러조차 그 이론에 동의했다고 한다. 길버트는 전기와 자기에 관한 여러 가지 실험을 한 후 결국 전기와 자기는 완전히 별개의 현상이라는 잘못된 결론을 내렸다.  
 
그러나 당시 유럽에서는 관찰과 실험을 통한 연구가 여기저기서 진행되고 있었는데 19세기에 이르러 전기와 자기는 한 몸에서 관찰되는 다른 현상이라고 생각하기 시작했다.  
 
그때 등장한 영국의 이론물리학자 제임스 클러크 맥스웰은 자신의 주특기인 수학을 이용해서 그동안 다른 과학자들이 이미 밝혀놓은 전기와 자기에 얽힌 이론을 간단한 수식으로 말끔히 정리했다. 그 유명한 맥스웰 방정식이다. 그뿐만 아니라 21세기를 사는 우리조차 쉽게 이해할 수 없는 전기와 자기와 빛이 한 지붕 세 가족이라는 결론을 내렸다. 그는 마지막 공식을 유도하면서 파동으로 퍼지는 전자기파의 속도는 빛의 속도와 같다는 사실을 알자 빛도 전자기파의 일부분이란 사실을 밝혀냈다. 얼마 후 헤르츠에 의해서 실험으로 증명된 후 전자기파의 정체가 낱낱이 드러났다.
 
처음에는 기차에 증기기관을 사용했지만, 오래 전부터 디젤엔진이 장착된 기관차가 달렸다. 하지만 디젤로 발전해서 만든 전기로 모터를 돌려 동력을 얻기 때문에 정확하게는 디젤전기기관차라고 불러야 옳다고 한다. 자동차도 지금 휘발유에서 전기로 바뀌고 있다. 이제는 전기가 없으면 아무 것도 할 수 없는 세상이 되었다. 어둠을 밝혀주는 각종 조명기구, 생활을 풍요롭고 편리하게 해 주는 가전제품, 그뿐만 아니라 현대 문명의 중추인 컴퓨터도 전기를 공급하지 않으면 작동할 수 없다. 심지어는 인간의 뇌와 몸에 퍼진 신경조직도 전기 신호로 일을 수행한다. 그러므로 전기를 이해하고 사용하면서 문명은 비약적으로 발전하기 시작했다. 만약 전기를 발견하지 못했다면 우리는 불도 들어오지 않는 깜깜한 방에서 눈을 찡그리고 TV를 보며 곁에 둔 휴대전화를 더듬거리며 찾는 불편한 생활을 할 것이다. (작가)  
 

박종진