| 과학자의 명언과 영어공부(48) | ||||||||
| 맥스웰 | ||||||||
"에너지와 관련해서 말하자면 (문자 그대로) 한마디로 해석(정의)했으면 한다. 모든 에너지는 역학(적) 에너지다. 그게 운동 형태이든, 탄성의 형태이든, 아니며 다른 형태로 나타나든 간에 말이다. 전자기적 현상의 에너지는 역학 에너지다." -맥스웰(1831~1879): 스코틀랜드 출신의 물리학자- 지난 1931년 위대한 물리학자 제임스 맥스웰(James Clerk Maxwell) 탄생 100주년을 기념하기 위해 출판된 책에서 아인슈타인은 이렇게 이야기하면서 맥스웰을 극찬했습니다. "The work of James Clerk Maxwell is the most profound and the most fruitful that physics has experienced since the time of Newton." "맥스웰의 남긴 업적은 뉴턴시대 이후 물리학이 경험한 것 가운데 가장 심오하고 알찬 업적이다." 맥스웰을 흠모한 아이슈타인은 이런 말도 했습니다. one scientific epoch ended and another began with James Clerk Maxwell”. “맥스웰로 인해 한 과학시대가 끝나고 새로운 과학시대가 열렸다.” 뉴턴 이래 물리학에서 가장 중요한 부분을 차지하고 있다는 극찬입니다. 이렇듯 맥스웰은 뉴턴, 아인슈타인과 더불어 물리학에서 가장 중요한 이정표를 마련한 학자로 인정받고 있습니다. 특히 그의 전자기장 이론(electromagnetic theory)은 우리가 현재 사용하는 전자제품을 비롯해 IT, 무선통신 개발에 기본적인 이론을 제공해 ‘풍요로운 20세기’를 만드는 데 지대한 공로를 제공했습니다. 비록 뉴턴이나 아인슈타인과 비교할 때 그의 업적이 다소 과소 평가받고 있지만 현대 물리학에 남긴 업적은 뉴턴과 아인슈타인을 능가한다 해도 과언이 아닙니다. "All the mathematical sciences are founded on relations between physical laws and laws of numbers, so that the aim of exact science is to reduce the problems of nature to the determination of quantities by operation with numbers." "모든 수학적(수학을 기반으로 한) 과학은 물리학 법칙과 숫자 이론 사이의 상관관계에 기초하고 있다. 그래서 정확한 과학의 목적은 수를 이용해 양(量)을 결정함으로써 자연의 문제를 줄여가는 일이다." 맥스웰의 이야기입니다.
"수(수 이론)는 모든 양적 세계를 지배한다고 말할 수 있다. 그리고 연산의 4개 법칙은 수학자의 완전무결한 장비라고도 볼 수 있다." 연산의 4개 법칙이란 수학에서 가장 중요한 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기를 말합니다. 물리학뿐 아니라 수학이나 화학 등 자연과학에는 ‘힘’(force)이라는 개념이 자주 등장합니다. 자연계에는 총 4가지의 힘이 존재하는데, 우주의 탄생에서부터 소멸까지 모든 것은 힘에 의한 작용이라고 합니다. 우선 뉴턴이 발견한 중력(gravidity)이 있습니다. 4가지 힘 가운데 강도에 있어서 가장 약한 힘입니다. 질량이 있는 모든 물체는 서로 끌어당기는 힘이 있다는 겁니다. 그래서 만유인력이라고도 하고 중력이론(the theory of gravidity)이라고도 합니다. 덧붙여 설명하자면 “만유(萬有), 모든 것에는, 인력(引力), 잡아당기는 힘이 있다”는 겁니다. 뉴턴이 사과가 떨어지는 것을 보고 발견했다는 에피소드(실제로 그렇지는 않았다!)로 유명한 중력이론은 천체물리학에서부터 자연계에 일어나는 모든 물리적 현상을 푸는 데 기초를 제공한 이론이지요. 비록 아인슈타인에 의해 대폭 수정됐지만 그 영향력은 대단합니다. 두 번째 힘인 약력(weak interaction)을 소개하기 앞서 맥스웰의 명언을 하나 살펴보겠습니다. "The mind of man has perplexed itself with many hard questions. Is space infinite, and in what senses? Is the material world infinite in extent, and are all places within that extent equally full of matter? Do atoms exist or is matter infinitely divisible?"
약력은 말뜻 그대로 약한 힘입니다. 누가 특별히 발견한 것은 아니고 20세기 초반 페르미(Entrico Fermi)를 중심으로 한 소립자물리학자들이 소립자 반응을 연구하는 과정에서 발견한 힘입니다. 페르미는 이탈리아 출신의 물리학자로 유태인이라는 이유 때문에 생명의 위협을 느껴 미국으로 탈출한 과학자입니다. 핵폭탄 개발 계획인 맨해튼 프로젝트에 커다란 공헌을 한 과학자이기도 합니다. 약력은 원자핵이 양성자(proton)와 전자(electron) 그리고 중성미자(neutrino)로 분해될 때 전자와 중성미자를 만드는 상호작용을 말합니다. 아주 약한 힘으로 서로 밀거나 끌어당기는 힘입니다. 이와 대조가 되는 힘이 강력(strong interaction)입니다. 이는 물질의 기본인 핵이 분열하지 않도록 쿼크(quark)들이 서로 잡아당겨 엉키려고 하는 힘입니다. 현대물리학 연구는 이 강력에 초점을 맞추고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 최근에는 강력과 기존의 3개의 힘을 통합해 우주의 현상을 설명하려는 통일장이론(unified theory of field) 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 자연계 현상을 각각의 4개의 힘이 아니라 하나의 원리로 설명하려는 시도입니다.
맥스웰이 전자기이론을 처음으로 제기한 것은 아닙니다. 패러데이가 전자기이론을 처음 발표했으나 맥스웰은 이를 바탕으로 전자기이론을 아무런 하자 없이 완전하게 집대성한 과학자라 할 수 있습니다. 전자기학은 물리학을 설명하는 기본 이론으로, 응용과학으로 이용하는 데 이론적 기틀을 마련했다고 볼 수 있습니다. 전자기력은 모든 전자체를 비롯해 빛에서도 볼 수 있습니다. 전파의 속도와 빛의 속도가 같다는 이론을 정립해 후일 아인슈타인이 빛의 속도를 측정하는 데 결정적 역할을 합니다. 특히 전자기력은 대부분의 화학반응에 나타나는데, 이런 이유로 인해 화학과 물리학을 서로 묶는 역할을 해 ‘물리화학’이라는 새로운 학문분야를 만들기도 했습니다. 오늘날 전기와 관련된 대부분의 기술들이 맥스웰의 전자기이론과 방정식에서 비롯됐다고 생각한다면 그의 업적이 얼마나 대단한지를 알 수 있을 겁니다. | ||||||||
| /김형근 편집위원 hgkim54@hanmail.net |
