빛은 과거로부터 항상 의문의 대상이었습니다. 갈릴레이가 망원경으로 목성을 관찰할 수 있었던 것도 빛이기 때문이었습니다. 패러데이와 맥스웰도 의문 투성이인 빛의 정체에 대해 많은 생각을 하였습니다.
빛에 대해 연구해온 과정
빛의 정체에 대해서는 뉴턴에 와서야 드디어 그 일부의 정체가 밝혀졌습니다. 그런데 이건 사실 빛의 일부, 아주 작은 부분에 불과했습니다. 빛의 나머지는 더 어마어마한 것이었습니다.
빛의 나머지에는 더 놀라운 실체가 담겨져 있습니다. 그건 현대 문명의 비밀을 담고 있기도 합니다.
현대 도시에서는 하늘에서 내려오는 빛이 사라질 무렵, 땅에서 또 다른 빛이 떠오르게 됩니다.
하나는 대자연이 만든 빛이고, 다른 하나는 인간이 만든 빛입니다. 뉴턴이 보았던 빛은 가시광선이었습니다.
그런데 이것이 빛의 전부가 아니었습니다. 이는 빛의 나머지를 찾는 과정에 그 비밀이 밝혀졌습니다.
신기한 자석의 발견
19세기 중반에 과학자들은 빛의 이동 방향을 바꾸는 또 다른 현상을 발견하였습니다. 바로 자석입니다. 쇳조각을 끌어당기거나 전류에 작용하는 성질을 자성이라고 합니다.
이러한 자성을 지닌 물체가 바로 자석입니다. 인류는 이 자석의 성질을 일찍이 알아서 12세기엔 나침반을 만드는데 사용을 했습니다.
빛의 정체에 대해서 탐구하다 보면 반드시 만나게 되는 것이 바로 자석과 자기력입니다. 자석이라는 것은 참 특이한 물질입니다.
눈에 보이지도 않는데 쇳조각을 끌어당기기 때문입니다. 도대체 무슨 힘으로 이것을 가능하게 하는 것일까요?
자석에 철가루를 뿌려보겠습니다. 자석 주변에 철가루들이 독특한 방식으로 정렬하게 됩니다.
자석이 철가루를 끌어당기면, 이때 철가루는 작은 자석으로 바뀌고, 자기력선을 따라서 완벽하게 정렬을 하게 됩니다.
철가루가 만들어내는 각각의 선은 옆쪽으로 미는 척력에 의해 이웃하는 선과 간격을 유지합니다.
모든 공간에 퍼져 있는 눈에 보이지 않는 자기력선입니다. 과학자들은 이 모양을 보고 오랫동안 자석이 작동하는 방식을 놓고 고민을 했습니다.
1822년에 마이클 패러데이는 자신의 노트에다가 전기는 자기로 바뀐다라는 말을 적어놓았다고 합니다.
당시에는 낙서로 보였지만, 지금에 이르러서는 어마어마한 사실을 내포하고 있는 말이었습니다.
패러데이의 전자기 유도 현상
전자기 유도 실험은 사실 아주 간단한 실험입니다. 코일 도선에 전기를 연결하면 이 코일은 자석이 되어버립니다. 전류가 흐리고, 이때 자기장이 생기게 되는 것입니다.
반대로 코일에 자석을 출입시키면, 전원을 꽂지 않았는데도 전류가 흐르게 됩니다. 전원을 껐는데도 전류가 흘렀다는 것은 고리 모양의 도선을 따라 전기장이 발생하고, 그 전기장에 의해 전자가 움직였다는 뜻입니다.
전기는 자기로 변합니다. 이 현상이 바로 유명한 패러데이의 전자기 유도 현상입니다. 이 당시의 맥스웰은 이 사실을 아주 경건하게 받아들였습니다.
패러데이에게 자기력선이 있는 자리는 그때까지 빈 공간이었습니다. 자석 주변에 자기장이 생기고 전기 주변에 전기장이 생기지만 그 현상은 보지 못했습니다.
마치 건물과 건물 사이에 빈 공간처럼 물체와 물체 사이에 놓인, 그냥 텅 빈 공간에 불과했습니다. 바로 이 공간을 맥스웰이 주시하였습니다.
맥스웰은 아무것도 없는 공간에 장의 개념을 도입하고, 몇가지 수학적 표현을 덧붙였습니다. 이를 통해서 맥스웰은 패러데이의 전자기 유도 현상을 수학적으로 말끔하게 표현해 내었습니다.
전기와 자기를 가지고 새로운 세계를 보여준 맥스웰의 신화는 여기서부터 시작 되는 것이었습니다.