전기는 감전되는 것 이외에는 사람의 오감으로 느낄 수 없어서 수학적으로

표현할 수밖에 없다. 그래서 전기를 연구하려면 수학적 실력이 뒷받침되어야

한다. 그러나 전자기학 기초를 세운 위대한 전기 학자 중 수학을 모르는 사람이

있었다는 것을 아는지?

1800년대 유럽은 산업혁명이 진행 중인 시기로 사회적으로 큰 변화를 겪는 때

였는데, 과학 기술에 대한 관심이 높아지는 시기이기도 했다. 그리고 전기와 자기

에 대한 새로운 사실들이 계속 발견되어 학자들 사이에서 가장 인기 있는 연구

분야가 전기였다. 물론 학자들은 수학 실력을 갖춘 사람들이었고, 전자기 현상을

 수학적으로 설명하고 있었다.

1820년 외르스테드가 전류가 흐르는 전선 옆에 둔 나침반이 움직이는 것을 발견

했고 비오, 사바르, 앙페르 등이 그 현상을 수학적으로 표현했다. 그리고 많은

사람이 나름대로 방법으로 수학을 동원한 전자기 연구를 하고 있었다. 그 유명한

수학 천재인 가우스도 바로 이때 활동을 하던 사람이다.

이런 상황에서, 수학의 기초가 없는 패러데이가 이 분야에 뛰어들었다.

패러데이는 가난한 집에서 태어나 초등 교육밖에 받지 못했다. 그러나 그는 과학

에 관심이 많았고 책방에서 일하면서 많은 과학책을 읽었다. 그리고 그 당시

저명한 학자였던 데이비의 강연이 있다는 소식을 듣고 달려간다. 강연 자리에서

처음 만나서 인사를 한 후, 비서로 써 달라고 편지를 보낸다.

그 후 드라마 같은 과정을 거쳐 데이비 연구실에 취직해서 실험실 청소와 실험

기구 관리를 하다가 결국은 화학과 교수까지 되었다.

패러데이는 전류가 자기장을 발생시킨다는데 깊은 관심이 있었는데, 그렇다면

자기장이 전류를 발생시킬 수도 있지 않을까 하는 생각을 했다. 그래서 전선에

아주 작은 전류도 측정할 수 있는 검류계를 달고 선 주위에 자석을 갖다 놓았지만,

 검류계의 바늘은 움직이지 않았다. 그는 거기서 포기하지 않고 자석을 더 강한

것으로 바꾸고 선을 코일 모양으로 감아도 보고 자석 대신 코일을 사용해 보기도

 하는 등 여러 가지의 반복 실험을 했다.

10년간 시도한 끝에 드디어 전류가 측정되었는데, 원래 생각했던 것과는 좀 달랐

다. 선 주위에 자석이 있다고 해서 전류가 생기는 것이 아니라, 자석이 움직일

때에만 전류가 생기는 것이었다.

그리고 자석이 움직이는 방향을 반대로 하면 전류의 방향도 반대로 되었다. 예를

 들어 자석을 넣을 때와 뺄 때의 전류의 방향은 반대된다. 이것을 패러데이의

전자기 유도 법칙이라고 한다.

패러데이는 그의 법칙을 수학적으로 나타내지 못했다. 패러데이는 초등 교육

밖에 받지 못했기 때문에 수학을 몰랐던 것이다. 하지만, 그는 수학에 능한

사람도 하지 못한 간단하면서도 직관적으로 자기장을 나타낼 수 있는 '자기력선'

이라는 개념을 만들어 냈다. 지금은 자석의 주위에 쇳가루를 뿌리면 자기력선의

모양을 볼 수 있다는 것을 알고 있지만, 그 당시로써는 정말 획기적인 개념이었다.

수학에 능한 학자들이 미분, 적분을 동원한 어려운 수식을 사용하여 현상을 설명

하려고 하고 있을 때 패러데이는 텅 빈 공간에 수많은 '힘의 선'이 지나가는 그림

을 그린 것이다. 이 개념은 "서로 맞붙어 있지도 않은 두 자석이나 전선이 어떻게

서로 영향을 미치는가?"라는 질문에 대해 설명할 수 있는 개념인데, 이것이

지금도 사용하는 장(場, field)의 개념이다.

패러데이는 이에 머물지 않고 자신이 발견한 원리를 이용하여 전동기와 발전기의

 원형을 발명했다. 그리고 영국과 프랑스 사이에 있는 도버 해협의 해류를 이용

하여 발전하는 방법(MHD 발전) 등 많은 혁신적인 아이디어를 내 놓았다.

패러데이가 수학에 능했으면, 자기력선이라는 개념이 만들어지지 않았을지도

모른다. 과학 기술은 많은 수학적인 과정이 필요하지만, 지금도 결국 가장 중요한

 해결책은 인간의 영감에서 나온다. 에디슨의 말 중에 천재는 99%의 노력과 1%의

 영감이라는 말이 있다. 이 말은 노력의 중요성을 강조하는 말로 많이 사용되는

데, 원래의 의미는 "노력이 중요하지만, 영감이 없으면 완성이

안 된다"는 뜻이다.

매년 이맘때면 과학고 진학, 대학 진학 등에 대한 말이 많고, 학

생들도 준비에 바빠진다. 이럴 때 "열심히 학원에서 배워서 수

학, 과학 문제 한 문제를 더 풀 수 있게 되는 것"이 어떤 의미인

지 한 번 생각해 보는 것이 필요하지 않을까? 패러데이의 인생

을 한 번 참고해 볼 가치가 있다는 것이 나 혼자만의 생각이 아니었으면 한다.

        출처 - 경남도민일보/김석환(한국전기연구원 책임연구원)