앨프레드 메이어와 19세기 미국 음향학의 발전

구자현

저자 구자현은 서울대학교 물리학과를 졸업했고, 현재 영산대학교 학부대학 부교수이다.
다양한 수상 및 영예 이력에 빛나는 저자는 2007년에 한국과학사학회 논문상을 수상했고, 2009년, 2010년 연속해서 국제인명사전 『마르퀴즈 후즈 후(Marquis Who’s Who in the World)』에 등재되었다. 세계 3대 인명정보기관 중 하나인 국제인명센터(IBC)에서 수여하는 플라톤 국제교육자상을 수상했으며, IBC가 선정한 2009년의 국제적인 교육자, 최고 100인의 교육자, 21세기 2,000명의 탁월한 지식인(2009~2010)에 선정되었다.
● 저서: 『화염검의 언저리에서: 소설 속의 물리는 재미있다』(전파과학사, 2000), 『Landmark Writings in Western Mathematics 1640~1940』(Elsevier, 2005, 공저), 『레일리의 음향학 연구의 성격과 성과』(한국학술정보, 2008), 『레일리의 수력학ㆍ전기학 연구』(한국학술정보, 2008), 『쉬운 과학사』(이담북스, 2009)
● 역서: 『놀라운 발견들』(한울, 1996), 『아인슈타인의 나의 세계관』(중심, 2003, 공역), 『과학과 종교, 상생의 길을 가다』(코기토, 2003), 『커넥션』(살림, 2009)
● 주요 논문: 「British Acoustics and Its Transformation from the 1860s to the 1910s」(2006), 「Uses and Forms of Instruments: Resonator and Tuning Fork in Rayleigh’s Acoustical Experiments」(2009)

제1장 서론

제2장 음향학의 약사
1. 18세기까지의 음향학
2. 19세기 유럽 음향학

제3장 19세기의 미국 음향학
1. 19세기 미국 음향학의 성격
2. 유럽 음향학의 수용과 소화
3. 소리의 실체 이론
4. 음향 기술의 약진
5. 미국의 음악 음향학 136
6. ‘새로운’ 음향학 143

제4장 메이어와 음향학
1. 메이어의 생애와 과학
2. 메이어의 과학 교육론
3. 메이어의 음향학 연구
4. 에디슨의 축음기 개선을 돕다
5. 쾨니히, 레일리, 헬름홀츠에게 받은 영향
6. 메이어의 음향학 교육과 그의 영향력

제5장 맺음말

소리를 통한 세상의 변화,
미국 음향학에 관한 선구적 연구서!

앨프레드 메이어와
19세기 미국 음향학의 발전

축음기의 진화와 항공기ㆍ잠수함의 위치 추적 장치 발명!
과학 기술 후진국이었던 미국이
오늘날 선진ㆍ강대국으로 우뚝 서게 된 이유는?

“메이어는 유럽의 음향학 전통을 따르면서도 음향학 지식을 실용적 기술로 연결시키려는 욕구가 컸다는 점에서 유럽의 음향학자와는 차별화된 태도를 지니고 있었다. 음향학을 실용적 기술에 접목시키려는 메이어의 노력으로 특히 주목할 만한 업적이 토포폰의 발명이었다. 이 장치는 레이더가 출현하기 전인 제1차 세계대전 전후에 항공기의 위치를 추적하기 위해 널리 사용된 다양한 음향 위치 추적 장치의 전신이었고, 수중에서는 잠수함의 위치를 찾아내는 하이드로폰에 적용될 수 있는 기술이었다.”
- 본문 중에서

음향학은 청각에 연결되어 있는 기본 감각의 대상인 소리를 연구하는 분야로 최근 들어 과학사에서 주목을 끌고 있다. 19세기 미국의 음향학에 대한 연구는 전 세계적으로 거의 이루어지지 않았으며 앨프레드 메이어의 위상에 대해서도 충분히 검토된 바가 없다. 이 책은 국내는 물론 국외를 통틀어 미국 음향학에 관한 선구적인 연구서로서의 가치를 지닌다.

◎ 이 책은

실험 과학과 수리 과학의 창조와 전파에 관한 이야기
이 책은 실험 과학과 수리 과학의 창조와 전파에 관한 이야기이며, 과학과 기술의 관계를 다룬 이야기이다. 18세기까지만 해도 과학 기술 후진국이었던 미국에서 실험 과학과 수리 과학이 어떻게 전파되고 정착했는지를 19세기에서 20세기 초까지의 시간 아래 살핀다.
19세기 미국 음향학은 유럽 음향학에 비해 뒤쳐져 있었다. 미국 음향학이 아직 수학화되지 않았고 전문가 집단도 얻지 못했던 상황에서 미국의 물리학자인 앨프레드 메이어(Alfred Marshall Mayer, 1836~1897)는 미국 실험 음향학의 수준을 향상시키는 데 크게 기여했다. 메이어는 파리의 유명한 음향기기 제작자이자 연구자인 쾨니히에게 실험연구 기술을 습득하고 영국의 음향학자 레일리와의 교류하면서 연구능력을 향상시켰다.
메이어는 유럽 음향학의 전통을 계승했지만 미국식으로 토착화해 전문지식을 실제 기술에 접목시켰다. 그러한 노력으로 방향 인지 기구인 토포폰을 발명했고 에디슨의 축음기 개선 과정에도 도움을 주었다. 그뿐만 아니라 학생들에게 음향학을 가르치고 대중에게 음향학 강연을 통해 새로운 세대의 음향학자들이 등장하는 토대를 마련했다.

미국의 음향학사에 대한 선구적인 연구서
음향학은 청각에 연결되어 있는 기본 감각의 대상인 소리를 연구하는 분야로서 그 범위가 넓고 오래전부터 연구되어왔다. 하지만 시각을 다루는 광학에 비해 경시되어오다 최근 들어 과학사에서 주목을 끌고 있다. 이런 상황을 반영하듯 19세기 미국의 음향학에 대한 연구는 전 세계적으로 거의 이루어지지 않았으며 미국의 음향학자 앨프레드 메이어의 위상에 대해서도 충분히 검토된 바가 없다. 이런 상황 아래 이 책은 국내는 물론 국외를 통틀어 미국 음향학에 관한 선구적인 연구서로서 가치를 지닌다.
한때 과학 후진국이었던 미국은 유럽의 과학을 전래받아 선진국으로 발돋움했다. 19세기부터 과학의 기초를 정립하기 시작해 20세기 들어와서는 선도적인 지위를 획득한 것이다. 이런 미국 과학의 발전과정 한가운데에 놓여 있는 미국의 음향학사는 음향학 자체로뿐만 아니라 과학과 기술의 활발한 상호작용도 보여준다.

◎ 예상 독자층
과학사 전공 학생, 과학사 및 음향학 연구자
과학, 기술에 관심 있는 일반인

* 책속으로 추가
메이어의 연구는 유럽의 과학 전통에 깊이 뿌리 내리고 있었다. 그는 특히 헬름홀츠의 영향을 많이 받았다. 이는 그가 물리적 현상을 논의하면서 감각과 지각 문제에 깊은 관심을 보이는 것에서 드러난다. 그는 소리와 빛이 감각과 지각을 통해 사람에게 인지되는 과정에 깊은 관심이 있었다. 그는 감각의 주체로서 사람에 관심을 기울였다. 그런 점에서 그의 물리학 강의는 유럽에서 이루어진 물리학 강의와 맥을 같이하고 있다고 볼 수 있다. 이런 점은 그가 음향학을 연구하면서도 소리의 인지적 측면에 지대한 관심을 기울인 것에서도 알 수 있다. _185쪽

한 지역의 사람들이 다른 선진 지역의 과학을 도입할 때 가장 먼저 배워가는 것이 정보적 지식이다. 이 정보적 지식에는 경험 과학적 지식과 수학 공식화된 간단한 정보가 포함된다. 그다음은 실험을 재현하는 단계로 나아간다. 이를 위해서는 실험 기구를 확보하는 것이 필수적인데 초기에는 실험기구를 수입해 충당하는 방식을 취하다가 시간이 지나면서 실험 기구를 직접 제작하는 단계로 나아간다. 일반적으로 실험 기구를 자체 제작하는 단계로 나아가는 데는 수십 년의 시간이 소요되며, 그동안 뛰어난 연구자는 수입된 기구를 사용하거나 그것을 개조하거나 조합해 독창적인 실험적 성과를 창출해내기도 한다. 그러므로 창조적 실험과 실험 기구의 자체 조달의 단계에 이르게 되면 경험 과학은 온전하게 전파되었다고 볼 수 있다. 이에 비해 수리 과학의 전파는 좀 더 느리게 일어난다. 단순 정보 수준의 수학적 지식을 넘어서서 고차원의 수학을 바탕으로 한 과학은 수학을 배우는 어려움으로 늦추어진다. 그러므로 처음에는 발전한 지역에서 만들어진 수학적 지식을 이해하는 데 치중하게 된다. 이 단계에 이르기 위해서는 좀 더 많은 시간이 걸리지만 때로는 뛰어난 수학적 재능을 갖춘 이들이 심지어 공식적인 교육을 받지 않고 책만을 보고 독학으로 제대로 된 이해에 도달하는 경우가 있다. 그다음은 독창적인 수학적 이론을 창출하는 단계인데 이는 제대로 된 수학에 대한 이해를 토대로 한다. 그렇다고 해서 제대로 된 수학에 대한 이해에 도달한 이들이 모두 독창적인 수학적 이론을 창출해내는 것은 아니다. 그렇지만 수학의 이해라는 진입 장벽이 너무 높기 때문에 경험 과학의 전파에 비해 수학적 과학의 전파는 훨씬 지체되게 마련이다. 일반적으로 독창적인 수학적 이론을 창출하는 단계로 나아갔을 때는 이미 실험 과학에서는 독창적인 업적이 한참 나온 뒤인 경우가 많다. _198~199쪽

메이어는 유럽의 음향학 전통을 따르면서도 음향학 지식을 실용적 기술로 연결시키려는 욕구가 컸다는 점에서 유럽의 음향학자와는 차별화된 태도를 지니고 있었다. 음향학을 실용적 기술에 접목시키려는 메이어의 노력으로 특히 주목할 만한 업적이 토포폰의 발명이었다. 이 장치는 레이더가 출현하기 전인 제1차 세계대전 전후에 항공기의 위치를 추적하기 위해 널리 사용된 다양한 음향 위치 추적 장치의 전신이었고, 수중에서는 잠수함의 위치를 찾아내는 하이드로폰에 적용될 수 있는 기술이었다. 이 장치는 원래 안개 속에서 선박이 자신의 위치를 파악할 수 있도록 안개 신호를 보낼 때 이 음원의 위치를 선박에서 정확하게 감지하기 위한 장치로 고안되었다. _241쪽

메이어의 음향학이 실용적 기술에 기여한 부분에서 빠뜨릴 수 없는 것이 에디슨과의 상호작용이다. 에디슨이 축음기를 발명한 후 그것을 개선하는 과정에서 메이어에게 받은 자문은 메이어의 전문 지식이 기술의 발전에 실질적으로 기여한 부분이었다. 이는 메이어가 미국에서 뛰어난 음향학자로서 명성을 얻었음을 보여주고 당시 메이어가 추구하던 음향학의 성격이 어떠했는가를 보여준다. 한편 메이어의 자문이 에디슨의 축음기 개선에 실질적인 도움을 준 것은 사실이지만, 근본적인 문제를 해결함으로써 축음기의 상용화에 당장 기여한 것은 아니었다. 축음기가 상용화되기 위해 해결해야 하는 기술적 문제는 전문적인 음향학 지식이 없이도 해결할 수 있는 것이 많았다. 그런 점에서 에디슨의 연구 개발 팀의 연구 노력은 과학적이기보다는 여전히 전통적인 기술의 방법을 채용하고 있었다. 그러므로 메이어의 음향학과 에디슨의 축음기 사이의 관계에 대한 정확한 자리매김이 요구된다. _245쪽

18세기에 음향학은 기술보다는 예술의 목적에서 주로 추구되었다. 즉, 음악에서 악음의 이해를 통해 음계를 만들어내고 화음의 조화를 추구했으며 악기를 개선하는 데 필요한 실제 지식을 얻었다. …… 19세기에 크게 달라진 양상은 과학적 동기 자체를 위해 음향학을 연구하는 이들이 많았다는 것이다. 그러므로 음향학이라는 과학 분야가 수립되었다고 말할 수 있다. 소리를 일으키는 진동과 소리를 운반하는 음파를 연구하는 것은 진동과 파동이라는 자연의 일반적인 측면을 이해하기 위한 활동의 일환으로서 크게 관심을 끌었다. 소리를 이해함으로써 빛, 결정, 전기와 자기를 이해하는 길이 열린 것이다. 이것이 유럽의 맥락에서 19세기에 음향학이 전개된 양상이었다. 그렇지만 미국에 전래된 음향학은 전혀 다른 지적 환경에서 새로운 국면을 맞아 전개되었다. …… 미국의 음향학은 실용주의와 긴밀한 연관이 있었다. 실용적 가치를 중시하는 배경 속에서 음향학은 기술을 창출하기 위한 기초로서 관심을 끌었고 그러한 측면이 특히 강조되었다. 이런 배경에서 탄생한 전화기와 축음기는 장치 개선을 끊임없이 요구받으면서 미국 음향학을 한 차원 높이 끌어올리기 위한 실질적인 동기를 제공했다. _266~267쪽