필수정보

아인슈타인과 파인먼의 영웅!
관습에 얽매이지 않은 자유로운 정신으로 물리학에 새로운 지평을 연
빅토리아 시대의 유쾌한 신사 맥스웰과 그의 악마에 관한 이야기

★19세기의 프로메테우스, 현대 물리학의 아버지로 불리는 제임스 클러크 맥스웰의 국내 유일 단독 평전
★케임브리지에서 물리학을 공부한 과학 분야 베스트셀러 작가 브라이언 클레그 집필
★뉴턴의 『프린키피아』를 번역한 과학 전문 번역가 배지은 번역

커피 맥스웰은 알아도 과학자 맥스웰을 아는 사람은 많지 않다. 하지만 21세기가 시작될 무렵 100명의 저명한 물리학자들에게 역사상 가장 중요한 업적을 남긴 물리학자가 누구인지 물었을 때, 아인슈타인과 뉴턴에 이은 확연한 3위가 바로 제임스 클러크 맥스웰이었다. 맥스웰은 전기와 자기의 작용을 서술하는 방정식을 만들었으며, 이를 통해 빛이 다름 아닌 전기와 자기로 이루어진 파동(전자기파)임을 밝혔다. 아인슈타인의 특수상대성이론에서부터 무선통신과 전자공학에 이르기까지, 현대 물리학과 현대 문명의 토대를 마련한 것이다. 이 밖에도 맥스웰은 우리가 색을 지각하는 방식을 알아냈고, 기체 분자의 움직임을 설명해 열역학과 통계물리 확립에 기여했다. 자동 제어 원리를 구현한 속도 조절기 연구는 사이버네틱스(인공두뇌학)를 창시한 노버트 위너에게로 이어진다.

그 과정에서 맥스웰은 물리학을 하는 방식 자체를 바꾸어 놓았다. 그는 기계적 모형에서 수학 모형으로 나아갔으며, 모형을 통해 실험으로 검증할 만한 예측을 내놓았다. 이것은 오늘날 이론물리학자들이 하는 일이다. 맥스웰은 현대적 의미에서 최초의 이론물리학자였다! 이 책은 뉴턴이나 아인슈타인에 비견할 만한 업적을 남겼음에도 일반인들에게 잘 알려지지 않은 과학자 제임스 클러크 맥스웰의 삶과 과학을 친근하고 흥미롭게 소개한다. 맥스웰이 남긴 시, 편지, 강연, 함께했던 이들의 증언 등 적극적으로 인용된 말과 글은 140년의 시간을 뛰어넘어 빅토리아 시대의 이 유쾌하고 유머 넘치는 신사 곁으로 우리를 데려간다. 맥스웰이 고안한 열역학 사고실험의 주인공 ‘악마’는 제2의 화자로서 과학적 배경을 설명하고 자신의 운명을 포함해서 여러 ‘뒷담화’를 전하는 조연의 역할을 톡톡히 해낸다.

추천의 글 6

[악마의 막간 I] 악마, 소환되다 15

1장. 태도는 조금 투박할지 몰라도 19
에든버러와 글렌레어ㆍ아카데미ㆍ젊은 수학자ㆍ성직자와 시골 지주 ?
대학 생활ㆍ특별한 빛ㆍ케임브리지로 가는 길

[악마의 막간 II] 전기가 자기를 만날 때 51

2장. 가장 독창적인 젊은이 75
트리니티에 다가가다ㆍ사도가 되다ㆍ고양이와 운율ㆍ랭글러 ?
색각ㆍ진짜 원색ㆍ특이한 무능력ㆍ패러데이의 장을 수량화하다 ?
노동자들의 권익을 위해ㆍ새로운 목적지

[악마의 막간 III] 원자는 실재하고 열은 움직인다 115

3장. 젊은 교수 125
분열된 도시ㆍ그분 강의는 끔찍했어요ㆍ고리의 제왕ㆍ애버딘에서의 생활 ?
에 푸르 시 무오베ㆍ통계가 우리를 구원하리라ㆍ새로운 가족 ?
‘영국 당나귀’를 들이다ㆍ애버딘을 떠나며

[악마의 막간 IV] 악마, 도전장을 던지다 167

4장. 런던 대모험 179
킹스의 과학ㆍ연구소에 색을 입히다ㆍ전자기가 역학으로ㆍ맥스웰의
전자기 공ㆍ소용돌이와 유동바퀴ㆍ비유의 힘

[악마의 막간 V] 악마, 스타가 되다 205

5장. 빛을 바라보며 213
유연한 셀의 힘ㆍ에테르 안의 파동ㆍ빛을 바라보며ㆍ한 사람이 짊어지기엔
너무 무거워ㆍ런던 대박람회
6장. 수에 의한 과학 231
점성 엔진ㆍ입체경과 관ㆍ저항의 표준ㆍ전기 저항의 속도ㆍ시각적 지원
없는 전자기의 홀로서기ㆍ수학적 종탑 안에서ㆍ새로운 물리학 ?
아름다운 방정식ㆍ모든 것에서 벗어나

[악마의 막간 Ⅵ] 악마, 좌절하다 267

7장. 영지에서 273
글렌레어에서의 삶ㆍ점성으로 돌아가다ㆍ와인 상인의 배터리ㆍ조절기를
만나다ㆍ4차원을 생각하다ㆍ학자의 삶
8장. 케임브리지가 부른다 293
캐번디시 커넥션ㆍ좀 다른 교수ㆍ마지막 집ㆍ새로운 실험실과 현대 물리학 ?
느린 출발ㆍ실험실의 여성들

[악마의 막간 VII] 악마의 기억이 도전을 받다 319

9장. 마지막 연구 325
책 그리고 빛의 힘ㆍ캐번디시의 논문들ㆍ지나가는 공상ㆍ갑작스러운 종말

[악마의 막간 VIII] 악마, 또 다른 날의 싸움을 위해 살아가다 337

10장. 맥스웰의 유산 343

옮긴이의 글 351
미주 355
연표 372
찾아보기 374

“나는 뉴턴의 어깨가 아니라, 클러크 맥스웰의 어깨 위에 서 있다.”
현대의 우리도 그렇다

1922년 아인슈타인이 영국 케임브리지 대학을 방문했을 때 초청자가 ‘아인슈타인이 위대한 업적을 이룬 것은 뉴턴이라는 거인의 어깨 위에 있었기 때문’이라고 말하자, 아인슈타인은 정정했다. “아닙니다. 저는 맥스웰이라는 거인의 어깨 위에 있습니다.” 아인슈타인이 연구실에 걸어 두었던 세 명의 과학자 초상화 중 하나도 맥스웰이었다(나머지 둘은 뉴턴과 패러데이). 리처드 파인먼은 맥스웰의 전기역학 법칙 발견을 19세기에 일어난 가장 중요한 사건으로 꼽았다. 19세기의 프로메테우스, 현대 물리학의 아버지로 불리는 맥스웰은 이처럼 아인슈타인과 파인먼을 비롯한 물리학자들의 영웅이었다.

하지만 과학자가 아닌 일반인 중에 맥스웰을 아는 사람은 많지 않다. 현재 서점에서 판매하는 책 중에 한국어로 된 맥스웰 단독 평전이 없다는 사실도 의아한 일이다. 우리가 누리고 있는 현대 문명 대부분이 맥스웰의 업적에 기대고 있다는 점을 생각하면 더욱 이해하기 어렵다. 게다가 맥스웰이 뿌린 씨앗은 지금도 인공지능과 로보틱스라는 이름으로 무럭무럭 자라고 있다. 현재와 미래의 과학과 기술을 알고 싶다면 맥스웰부터 시작해야 한다.

색 삼각형에서 방정식의 모나리자 맥스웰 방정식까지,
종횡무진 위대한 성과를 낳은 맥스웰의 과학적 직관과 통찰 속으로

뉴턴의 운동방정식 F=ma가 고전역학을 대변한다면, 4개의 식으로 정리된 맥스웰 방정식은 전자기역학을 대변한다. 전기와 자기의 모든 작용을 나타내면서 동시에 빛의 본질을 담고 있는 맥스웰 방정식은 ‘방정식의 모나리자’로 불릴 만큼 아름다운 식으로 손꼽힌다. 이 식은 어떻게 탄생했을까? 책에는 이 아름다운 방정식이 완성되기까지의 과정이 상세히 담겨 있다. 맥스웰은 뛰어난 직관력으로 패러데이의 힘선 개념의 중요성을 누구보다 먼저 알아차리고, 전기와 자기의 상호작용을 나타내는 기계적 모형을 고안했다. 기계 모형을 수학적으로 서술하는 방법을 모색하면서 벡터를 공부하고 말장난을 하며 연산자의 이름을 고민하는 모습은 비범하면서도 유쾌한 맥스웰의 성품을 잘 보여 준다. 저자는, 전자기의 기초를 제공한 에든버러의 교육과 교육과정은 전통에 머물러 있었지만 수학을 강조한 케임브리지의 교육, 빅토리아 시대의 공학 한 스푼과 칸트의 철학, 그리고 이 모든 것을 아우른 맥스웰의 과학적 직관과 통찰이 맥스웰 방정식을 탄생시켰다고 말하는 것 같다.

맥스웰은 이 밖에도 색 지각의 원리와 빛의 삼원색을 알아냈고, 토성의 고리와 복사압을 설명했으며, 광학, 열역학, 통계역학의 발전에 크게 기여했다. 또한 최초의 캐번디시 교수이자 캐번디시 연구소의 첫 소장으로서 연구소 건립을 관리 감독하고 연구소의 기틀을 마련했는데, 캐번디시 연구소는 전자 발견, 양성자 발견, DNA 구조 규명 등 과학사의 획을 긋는 연구로 현재까지 28명의 노벨상 수상자를 배출했다. 48년이라는 짧은 생애 동안 한 사람이 이룬 것이라고는 믿기 힘든 성과다. 맥스웰은 19세기 스코틀랜드에서 영주의 아들로 태어났지만, 목가적인 환경의 글렌레어 영지에서 성장하며 농장 아이들과 자유롭게 어울렸고 평생 소박한 생활을 유지했다. 맥스웰의 가족은 빅토리아 시대의 엄격한 사회 분위기와는 달리 형식과 격식에 얽매이지 않는 유연한 사고방식을 지녔으며 집안에는 늘 유머가 넘쳤다. 자연에 대한 호기심과 관습에 얽매이지 않은 자유로운 사고는 맥스웰의 가장 큰 자산이었을 테다.

“나는 악마다! 이제부터 나의 창조자를 만나 보기로 하자”
흥미로운 구성과 유머 가득한 문장, 삶과 과학을 잘 엮어 짠 탄탄한 전기를 읽는 재미

책은 본문과 부록에 해당하는 ‘악마의 막간’으로 이루어져 있다. 본문은 탄생에서 죽음까지, 맥스웰의 행적을 따라간다. 특히 평생의 친구이자 맥스웰의 첫 전기 작가이기도 한 고전 문학 교수 루이스 캠벨, 역시 평생의 친구로 때론 교수 자리를 두고 맥스웰과 경쟁하기도 했던 물리학자 피터 테이트, 맥스웰보다 7살 연상이지만 친구처럼 우정을 유지했던 당대의 셀럽 물리학자 윌리엄 톰슨(켈빈 경), 이 세 명의 친구와 주고받은 격의 없는 편지는 유쾌하고 ‘너드미’ 넘치는 맥스웰의 모습을 있는 그대로 생생하게 느끼게 해 준다. 한편으론 자잘한 일상에서부터 깊이 있는 학문적 고민까지 함께 나누는 친구들의 우정이 부럽기도 하고, 건강한 청춘들의 모습을 보는 것만으로도 기분이 좋아진다. 저자의 말처럼 “그런 사람과 친구가 된다면 대단히 기뻤을 것” 같다. 악마의 막간에서는 맥스웰의 악마가 화자로 활약하며 맥스웰의 과학을 이해할 수 있는 기초 지식과 흥미로운 ‘뒷담화’를 제공한다. ‘악마’는 열역학 제2법칙이 통계적 법칙임을 보이기 위해 맥스웰이 고안한 사고실험의 주인공이다. 악마의 막간에서 악마는 자신(악마)의 탄생에서부터 2016년 빛 펄스를 이용한 실험에 이르기까지, 악마의 좌절과 도전도 그려 낸다. 그 과정에서 맥스웰이 탄생시킨 열역학적 악마가 어떻게 정보 이론, 양자역학과 결합해 정보 악마, 양자 악마로 재탄생했는지 살펴볼 수 있다.

작가의 말

나는 악마가 스스로 발언권을 갖고 목소리를 내기를 원했다. 왜냐하면 맥스웰의 악마는 동료들의 구태의연한 사고방식에 도전하고, 재미있고 참신한 접근법으로 모형을 구축하고, 정형화된 과학에 유머를 가미하는 맥스웰의 능력을 너무나 잘 반영한 존재이기 때문이다. 맥스웰은 위대한 과학자를 넘어 위대한 인간이었다. 그런 사람과 친구가 된다면 대단히 기뻤을 것이다._본문에서

옮긴이의 말

방정식이나 상수의 이름 앞에 형용사로만 남은 과학자를 이 땅 위에 살았던 같은 인간으로서 만나 보는 건 언제나 흥미로운 일이다. 이 책이 그려 낸 맥스웰은 사진이나 초상화 속 ‘엄격·근엄·진지’한 표정의 고리타분한 신사가 아닌, 호기심 많고 유머러스하며 새로운 현상에 눈을 반짝이던 유쾌하고 젊은 신사다. … 반가웠던 건 맥스웰뿐만이 아니다. 지난 100여 년 동안 말없이 문만 여닫던 맥스웰의 악마는 드디어 이 책에서 목소리를 얻고 내레이터로서의 역할을 톡톡히 해낸다. 게다가 속절없이 사라진 줄만 알았던 악마는 맥스웰의 아이디어를 실현해 보려는 사람들의 노력과 통찰에 의해 여전히 명맥을 이어 가고 있었다. 악마의 끈질긴 생명력과 존재감도 놀라웠지만, 언뜻 단순해 보이는 아이디어 하나가 이렇게 확장되어 물리학의 근본을 파고드는 것을 지켜보는 것도 흥미진진했다. 그런 의미에서 보자면 우리 인류에겐 맥스웰의 악마도 그의 방정식만큼이나 소중한 유산일지도 모르겠다. (게다가 그 까칠한 성격은 어쩌면 그리도 매력적인지!)