전기의 요정 : 전자기학의 탄생과 격변의 연대기
이태연
저자:이태연
전자전기공학을전공하여포항공과대학교에서박사학위를받았다.현재카이스트교원창업기업인㈜와이파워원에서일하고있으며,전기차충전을위한무선전력전송기술외에모터제어를연구하고있다.전자기학을배우고,또업으로삼고살아오는과정에서전자기학의표면적인원리만을들여다보았을때전공자로서채워지지않는부분이있음을느끼고있었다.전기와전자의개념이태어난순간에서부터유기적인관계를조망함으로써,전자기를공부하는모든사람이느낄만한그러한공허함을메워줄수있을것이라고생각해이책을쓰게되었다.전자기발전사를재정립함으로써오늘날전력,통신,제어,반도체,디스플레이와같이서로다른학문으로나뉘어각기담을쌓고있는전자기학에벗어나‘전체를보는눈’을강조하고자한다.
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프롤로그
1부_유럽전기혁명의미명
01호박과자석을연구한사람들
탈레스의호박/고대그리스의자연철학자/로마인의기록/아랍의과학과십자군의자석/로저베이컨과스콜라철학/윌리엄길버트의《자석에관하여》/‘전자기학’용어의사용
02과학혁명과전자기력의맹아:코페르니쿠스에서뉴턴까지
헬리오센트리즘,태양중심우주관의확립/아리스토텔레스의세계관에맞선투쟁들/네덜란드에불어온바람/철학자로알려진과학자데카르트/거인의어깨위에올라선위대한과학자뉴턴/동시대의거인들/역제곱논쟁과프린키피아의혁명/뉴턴과라이프니츠의미적분논쟁/전자기력의맹아
0317·18세기,전기를다룬사람들
오토폰게리케,마그데부르크의반구를발명하다/영국의전기기술자,기체방전의시초가되다/스티븐그레이가발견한전기전도성/그레이의실험을재현한뒤페/라이덴병:전기를저장하는발명품의탄생/번개를끌어오는사람들
04계몽주의시대의전기혁명
에피누스의전기그리고평행판커패시터/쿨롱의비틀림저울과전기력/프랑스의계몽주의시대를연아담과이브/베르누이가문과오일러/유체의저항과달랑베르의역설/배터리의시작과전기혁명
2부_힘에서장으로,전자기학의탄생
05낭만주의시대의과학자들
칸트의관념론과코페르니쿠스적전환/자연을어떻게바라볼것인가/낭만주의는사실저항이었다/가시광선스펙트럼너머에/외르스테드의발견:전기와자기의상호작용/앙페르의자기력과비오-사바르의법칙/영국왕립연구소가남긴족적/과학의쇼를주도한험프리데이비/위대한도약,패러데이의유산
06혁명과프랑스의요정들
프랑스대혁명의배경/고귀하고도허망한과학자라부아지에/라그랑지안,세상이돌아가는작용원리/대수학자라플라스,그의방정식의의미/에콜폴리테크니크출신의두거장
07에너지보존,그기원에대하여
산업혁명과루나소사이어티/에너지보존법칙의연구자들/렌츠의법칙/일과에너지그리고열의연구/에너지보존법칙에대한고찰
08화려하지못했던맥스웰방정식의등장
독일의원격작용론자들/옴의법칙과동시발견자들/전자기학의산파들/맥스웰방정식의등장/빛에관하여
3부_맥스웰의유산과한계,그리고불확실성의서막
09캐번디시연구소와맥스웰주의자들
유서깊은케임브리지의캐번디시/헤비사이드층으로의여행/헤르츠의전자기파발견/시대전환을예고한빛의파동성연구
10발명가의시대
결핍을가진미국의전기공학자스타인메츠/영국과미국의발명가들/해저케이블의시작/정보를전달하는바닷속거대뱀,대서양횡단케이블/초기전기모터의선구자들/전기의마법사테슬라의출사표/유도모터를발명한동시대의다른발명가들/3상모터,균일하게회전하는힘/전기자동차의역사/전류전쟁/음파와전파그리고전화기/마르코니와테슬라의무선통신/무선전력전송
11새로운선에관하여
진공관과방전연구/반도체의시작은전구였다/톰슨의실험과전자의발견/미지의빛,X선/새로운빛,방사선
12언제나후발주자였던아인슈타인
절대좌표계가무너지는순간/상대성원리의주역은누구인가
13빛이갈라지고시작된양자의세계
복사에너지의방출과흡수를연구한사람들/양자의탄생/광양자가설/양자역학의역사와현대문명
에필로그_노벨상에다가간한국인
주
전기는어디에서시작되었는가?전기문명의뿌리를되짚다
보이지않는힘의역사를,다시사람의이야기로
우리가일상적으로사용하는전기.스위치를누르면켜지는불빛,인터넷신호를주고받는회로,손에쥔스마트폰에흐르는전류…이모든전기의기원은과연어디서비롯되었을까?『전기의요정』은그물음에사람의이야기로답한다.호박을문지르던탈레스의손끝에서부터,전류전쟁을일으킨테슬라와에디슨을거쳐,양자의세계에발을들여놓은현대물리학까지―전기라는개념의씨앗이어떻게싹트고,열매맺으며,오늘날의전자기문명을이룩했는지를시간의흐름에따라서사적으로펼쳐보인다.
이책은전기를단순히물리현상이나공식으로접근하지않는다.‘호박이주변에있는가벼운물체를끌어당긴다’는,대개가그냥보고넘길법한사소한관찰에서부터,‘왜자석은두극을갖는가’라는실험적궁금증,‘빛은입자인가파동인가’라는유명한물음까지,인간이품었던모든질문을따라가며전기학의퍼즐을완성해간다.더불어이질문들을가능케한과학자들의삶,그리고그들이속한시대와사회,지식의연쇄를조망한다.
기술은축적되지만,그것을가능케한인간의탐구는단절되지않는다.『전기의요정』은전기와전자기학을인류협업의축적이라는시선으로바라본다.이름을남긴위인들뿐아니라,그들의뿌리가되었던무명의학자들―‘전기의요정’들이어떻게토양을만들었는지를되새기며,우리가익히아는과학사너머의세계를보여준다.이책은과학을전공한독자에게는흩어진조각들을연결하는쾌감을,비전공자에게는거대한서사의드라마를선사할것이다.
빛나는이론뒤엔이름없는요정들이있었다
문명의밑거름이된숨은조력자들을복원하다
흔히비전공자의입장에서어떤학문을떠올리면그학문을지탱하는거인들의이름을떠올리게된다.전자기학에서는맥스웰이나테슬라같은위대한인물들이바로거기에해당한다.그러나라올뒤피는그림에서이런위대한인물들만을강조하지않았다.전자기학이라는거대한숲을이룩하는데에는거인들만이아니라총합108명에이르는‘전기의요정’들의존재가필수불가결했던것이다.마찬가지로『전기의요정』은과학교과서에서는쉽게만날수없었던,그러나위대한이론과발명의배경이되었던수많은인물의이야기로가득차있다.
『전기의요정』은전기를,빛을연구하면서도역설적으로빛을받지않았던사람들을우리눈앞으로다시호출한다.전자기학이라는숲을가꾸기위해씨를뿌리고,땅을고르고,가지를정리했던수많은이름없는인물들이있었다.예를들어자석의쌍극성을처음실험으로증명한페레그리누스,광학의원리를정립하고자했던이븐알하이삼등의존재는안타깝게도비전공자들의인식밖에머물러있다.
이책은그러한‘토양을만든자들’에주목한다.과학은단절없이축적되는인류의협업이다.단순히이름이알려진사람들만조명하지않고,시대의흐름속에서묻힌이들의발견과고군분투도함께조망함으로써,‘과학사’가아니라‘사람의이야기’를풀어낸다.이로써독자는냉정한이미지로비치기쉬운과학기술이라는주제속에서인간적인감정과선택의드라마를발견하게된다.
전자기학은단지전기와자기의결합이아니라,사람과시대,철학과도전,우연과필연이교차하는거대한흐름이었다.『전기의요정』은그서사에서지워졌던조연들을다시무대위로올리는일종의‘복권작업’이자,독자에게과학을인간의이야기로되돌려주는책이다.과학의역사는곧인간의역사이며,『전기의요정』은그것을빛나는서사로회복시킨다.
탈레스는왜호박을문질렀을까?
정전기한줄기,시대를바꾸다
기원전600년경,그리스의철학자탈레스는동물가죽으로호박을문지르며이상한현상을관찰했다.가볍고작은물체들이호박에달라붙는일이벌어진것이다.우리는이사건을‘정전기의발견’이라부른다.하지만『전기의요정』은이사소한장면을인류최초의과학적질문으로복원해낸다.‘왜?’라는물음에서,근대전자기학이라는대서사시는시작된다.
이책은고대철학자들의우주관과신화적해석,그리고그것을넘어실험으로나아가려던최초의시도들을생생하게그려낸다.자석을영혼이깃든돌이라여겼던시대에서,자석의두극을실험으로구분한페레그리누스의발견까지―우리가지금알고있는전자기학은결코일순간에정립되지않았다.수천년간이어진미신,철학,종교,실험,그리고사회적욕망이교차하는접점에서‘전기’라는개념은서서히다듬어졌다.
우리가손에쥔스마트기기의정전기방지필름하나에도,탈레스이후수천년에걸친질문의궤적이새겨져있다.『전기의요정』은호기심이어떻게지식이되었고,다시문명이되었는지를보여준다.그것은거대한실험실에서탄생한결과물이아니라,사람들의손끝에서시작된것이다.‘과학이란결국,질문하는행위’라는메시지는독자의머리가아닌가슴을울린다.
실패로나아간과학,그곡선의역사
과학의진보는직선이아니라반복과회귀의궤적이었다
『전기의요정』은과학을전진하는직선의역사로그리지않는다.오히려혼란과논쟁,시행착오가되풀이되며곡선을그리는과정으로그려낸다.이책은과학혁명이단번에이뤄진변화가아니라,기존질서를뒤흔들고다시다지는일련의충돌과재조정이었음을보여준다.뉴턴의만유인력도,맥스웰의방정식도,절대적진리라기보다‘이전질문들에대한한해답’이었을뿐이며,곧바로새로운질문을유발했다.
그과정은언제나비선형적이었다.전근대과학계에서2,000년동안지배적위치를점했던아리스토텔레스의물리학은단한번의실험이아니라수많은논쟁과사회적맥락속에서붕괴했다.전기의세계도마찬가지였다.같은시대에여러사람이비슷한발견을하고도이름을남기지못하거나,오히려논쟁에서패해잊히기도했다.이책은그과정을치밀하게복원하면서,과학이오류와논쟁,사회적조건과인간의선택이얽힌복잡한역사임을일깨운다.
오늘,왜전기를다시공부해야하는가
양자컴퓨터,AI,전기차…미래를여는열쇠는과거에있다
우리는매일전기의혜택을누리면서도,그것이무엇이고어디서왔는지를잘모른다.전기는공기처럼익숙하지만,동시에가장낯선존재다.『전기의요정』은지금이시대에전기의역사를다시들여다보아야하는이유를묻는다.전기는단지에너지의문제가아니라,인류의지성과철학,기술과감성이어떻게진화해왔는지를압축한문명사이기때문이다.
이책은단순한‘전기교양서’가아니다.오히려과학기술의기반이흔들리고,새로운패러다임이요구되는시대에우리가다시‘기초’를돌아보아야한다는자각에서출발한다.양자역학,반도체,인공지능,전기차…모두전기의이해없이는설명할수없다.그런데그기초는단순히이론이아니라,시대적흐름,인간의통찰,실험과철학의종합위에서있다.
미래로나아가기위해선,과거의사유로돌아가야한다.『전기의요정』은그출발점에서‘다시묻는과학’을시작하게해준다.과학기술자를꿈꾸는이들뿐아니라,세상의원리를궁금해하는모든이에게이책을추천할만한이유다.
이책은전기와전자기학발전사에서핵심역할을수행한과학기술자들의기여도를살펴보고,어떤과정을통해서전기혁명이이루어졌고전자기학이탄생했는가를체계적으로알려준다.
아울러전기와전자기학을기반으로반도체기술,유무선통신기술이어떻게개발되어왔고,최근에는양자역학으로어떻게이어져왔는가를알기쉽게안내하고있다.
따라서과학기술에많은관심을가진이들에게이책을숙독하기를추천한다.특히과학기술적호기심에서출발하여핵심문제를도출하고정확하게정의하며,창의적？융합적사고및융합적협력연구를통해해법을찾고자하는과학기술자들에게,이책이좋은안내서가될것이다.
_조동호(KAIST전기및전자공학부명예교수)
《전기의요정》은전기및자기측면에서과학의역사를다시조명한책이다.인간이전기나자기현상을발견하는과정을통하여과학적발명의역사를다시금살펴볼수있다.생성형AI시대를맞이하고있는현시점에서인간이‘새로운과학적사고전환’을생각할수있는중요한지침서가될것이다.이책을통하여과학적사고능력을기르고,과학적발견의역사에대하여흥미를가질수있을것으로기대한다.
_최준균(KAIST전기및전자공학부교수)
‘전기의요정’이라는제목에서다소생소한느낌과기대감을동시에느꼈다.결과적으로평소에내가하고싶었던,그리고한번정도는출판되었으면했던그런책이었다.전기는‘신이인류에게선물한최고의선물’이다.오랜역사에걸쳐발견과발명,수학과실험을통해전기를퍼즐과같이하나하나풀어냄으로써현재의거대한문명의탑을쌓아온,수많은요정들의이야기!전문가가읽어도좋고비전문가가읽어도좋은,정말재미있는책이기에독자들에게자신있게권하고싶다.
전기는현대과학문명그자체이고,우리일상생활과산업전반에필수적인역할을하고있다.이책은전기의역사와일화그리고숨은이야기를시간연대적으로흥미롭게서술하였으며,독자에게새로운시각과깊은사색을제공한다.
저자는이책에서,전기의발견에서전기가대중화된현대까지,전기의발전사에중요한기술과기술을개발한인물중심으로이야기를진행한다.중요한인물들의생생한인간적인모습,절망과노력그리고눈물과애환을기술과결합시켜다루었으며,제3자의시점에서그들을평가하고서술하였다.
특히책을읽으면서감동한지점은,저자가소개하는전기의요정들중다수가태어날때부터무지개와찬란한태양혹은커다란산줄기의정기를받고태어난,남들과다른사람이결코아니라는점이다.그들은지진아이면서불구자이고,가난하면서제대로교육을받지못한,학벌이별로좋지않은흙수저였다.이러한사실이한국사회에울림을주고,우리에게도전을던져줄수있기에,많은이들에게이책을권하고싶다.
전기와관련된역사적사실만이아니라인간승리의이야기까지도다루며우리의삶에긍정적인메시지를전할수있다는점에서특히이책이돋보인다.그어떤과학도한명의천재에의해만들어진것이아니라,거인의어깨위에서조금씩진보하였다는사실!저자는이러한진보의사슬을엮어서하나의스토리로연결해낸다.전문가의관점에서도기술이완성되는과정을몹시흥미롭게읽을수있었다.
독자들이바쁜생활속에서잠시나마시간을내어이책을읽어보고,나를돌아보고,주변을돌아보면서,자신의가능성을발견하고,자신을사랑하는계기가되었으면한다.이렇게좋은책을출판하는것에경의를표하며,또한좋은책을추천할수있는기회가내게주어진것에감사한다.
_김찬기(전력연구원수석연구원)