종이는 흔히 나침반, 화약 등과 함께 중국의 4대 발명 중 하나로 간주되는 발명품이다. 중국 고사에 따르면 종이는 서기 105년에 후한(後漢) 대의 환관이었던 채륜(蔡倫)에 의해 발명되었다고 전해진다. 그러나 최근의 고고학 연구 결과로는 적어도 그보다 250년 이상 일찍 발명되어 기원전 140년경에 이미 사용되고 있었다고 한다.
종이는 처음에는 뭔가를 기록하기 위한 용도가 아니라 포장 재료나 의복, 개인 위생용으로 이용되었다. 기록 용도로 종이가 사용되기 시작한 증거는 서기 110년경이 되어야 비로소 찾아볼 수 있다.
중국에서 발명된 종이는 중동을 거쳐 서유럽으로 전파되었다. 기록에 따르면 제지술은 751년 경 중앙아시아의 슈마르칸트에 전파된 것을 시작으로 바그다드, 카이로, 모로코, 스페인을 차례로 거쳐 서유럽에 퍼졌으며, 14세기에는 서유럽 각지에 종이 공장이 생겨났다. 종이가 널리 쓰이게 됨에 따라 중세 서유럽에서 기록매체로 사용되었던 양피지는 이후 점차로 자취를 감추게 되었고, 종이는 15세기 이후 발전한 인쇄술과 함께 지식의 대중화 과정을 주도하여 종교개혁에 깊은 영향을 주었다.
| 천연두는 고대부터 많은 사람들의 생명을 앗아간 무서운 질병이었다. 살아남은 사람들도 얼굴에 천연두 감염의 영구적인 흔적인 곰보자국을 지니고 살아가야 했다.
하지만 일찍부터 한 번 천연두에 걸린 사람은 다시 걸리지 않는다는 사실은 널리 알려져 있었다. 중국, 인도, 중동에서는 천연두 환자의 딱지를 코로 들이쉬거나 부스럼에서 나온 고름을 미감염된 사람의 팔에 낸 상처에 대는 방법으로 천연두를 예방했는데 이를 인두접종(人痘接種)이라 한다. 인두접종은 1717년 터키 주재 영국 대사의 아내가 영국에 처음 도입하여 서구의 천연두 사망률을 크게 낮추었으나, 인두접종에 의해 오히려 천연두에 걸리거나 전염될 위험부담이 있었다.
안전한 천연두 예방법을 처음으로 발견한 것은 영국의 의사 제너(Edward Jenner, 1749-1823)였다. 그는 자신의 환자 중에 우두에 감염된 소에게 전염된 후 천연두에 걸리지 않는 사례가 있음을 발견하고, 관찰 끝에 우두가 천연두를 예방할 수 있음을 깨닫게 되었다. 그는 1796년 우두에 걸린 소의 부스럼에서 약간의 액을 채취하여 건강한 소년에게 옮겨 천연두를 예방하는데 성공했다. 이 소년은 인간의 천연두를 사용하지 않고 천연두에 대한 예방접종을 받은 첫 번째 사례가 되었고, 우두접종은 인두접종보다 높은 안전성과 예방효과를 나타냈다. 제너의 백신 덕분에 1977년 세계보건기구(WHO)는 천연두가 지구상에서 마침내 근절되었다고 발표했다.
|
| 18세기는 초기의 전기현상 연구에서 많은 발견과 발명이 이어진 시기였다. 1745년에 무셴브뢰크가 라이든 병을 발명함으로써 정전기현상에 대한 연구가 활발해졌고, 18세기 중엽 프랭클린이 천둥을 전기방전현상으로 설명하였으며, 1780년대에는 쿨롱에 의해 쿨롱의 법칙이 증명되었다.
18세기 말 경 볼타(Alessandro Volta, 1745-1827)에 의해 처음으로 전지가 만들어짐으로써 전기현상에 대한 연구는 더욱 활성화되었다. 파비아 대학의 물리학 교수였던 볼타는 갈바니가 실험·보고한 개구리 다리의 전기 현상을 갈바니와는 달리 물리적 전기 현상으로 파악했다. 그는 개구리의 다리는 종류가 다른 두 가지 금속의 접합에 의해 발생하는 전기의 민감한 검출기에 불과할 것이라고 생각하고, 여러 종류의 금속을 조합하여 비교하는 실험을 통해 금속의 종류에 따라 전기현상의 효과가 달라진다는 사실을 보임으로써 자신의 생각이 옳음을 확인했다. 이어 1799년에 금속 쌍을 산성 용액에 담그고, 잠기지 않은 두 끝을 연결하면 회로가 생겨 전기가 계속 흐르는 것을 발견하고, 그 원리를 이용해 최초의 화학전지를 발명했다.
볼타가 만든 '전지'는 단발적인 전기 방전을 만드는 데 그치던 당시의 라이든 병과는 달리 전기가 계속적으로 흐르게 하는 장치였다. 그것은 당시 조금씩 생기고 있던 '전류'라는 개념으로 성큼 다가선 것이었다. 전지의 발명에 힘입어 19세기에는 전기에 관한 획기적인 과학적, 기술적 성과들이 쏟아져 나올 수 있었다.
|
| 기체의 성질에 관한 연구는 근대 과학이 탄생한 이래 과학자들에 의해 꾸준히 탐구되어 왔다. 그 결과 기체의 압력, 온도, 부피 사이의 관계가 각각 보일, 샤를에 의해 발견되어 그들의 이름을 따라 보일의 법칙, 샤를의 법칙이라 불리게 되었다. 보일의 법칙이란 일정한 온도에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다라는 것이고 샤를의 법칙이란 일정한 압력 하에서 기체의 부피는 온도에 비례한다는 것이다.
기체에 대한 연구는 그 후로도 계속 진행되어 왔지만 기체의 상태에 대한 더욱 체계적인 접근을 할 수 있게 된 것은 19세기 기체 분자 운동론이 발달하면서부터이다. 이 이론은 기체를 분자나 입자의 형태로 단순화시켜 기술하는 이론으로서 볼츠만과 맥스웰이 그 기초를 쌓았다. 이에 따른 기체 운동 모형은 다음과 같다. 첫째 기체는 무질서하게 운동하는 많은 동일한 분자들로 이루어져 있으며, 분자들은 분자의 크기에 비해 상대적으로 멀리 떨어져 있다. 둘째, 분자 상호간의 충돌이나 용기 벽과의 충돌은 에너지 결손이 없는 완전탄성충돌일 뿐이고 분자들은 서로 상호작용을 하지 않는다. 셋째, 분자간의 운동 에너지의 변환된 형태가 열이다. 이런 단순화된 가설을 이용함으로서 앞의 두 가지 기체 법칙들을 수학적으로 유도할 수 있게 되었다.
|
| 철도의 기원은 광산업에서 찾을 수 있는데 처음에 철도는 탄광 내부에서 사용되다가 점차 탄전 지방과 공업 지역을 잇는 운송 수단으로 자리잡았다. 19세기에 접어들면서 영국의 많은 기술자들은 매끄러운 레일과 차륜을 직접 접촉시켜 그 마찰로 기차를 움직일 수 있는 방법을 강구하기 시작하였다.
1804년 트레비틱(Richard Trevithick)은 시속 4마일의 증기기관차를 세계 최초로 제작하였다. 증기 기관차의 아버지로 불리는 스티븐슨(George Stevenson)은 1814년에 상업적으로 활용할 수 있는 시속 12마일의 증기 기관차를 개발하였다. 세계 최초의 철도라 할 수 있는 리버풀-멘체스터 철도는 1830년에 개통되었는데 스티븐슨이 개량한 로켓(Rocket)호가 시속 14마일로 달림으로써 철도에 대한 붐을 일으켰다.
1850년대와 1860년대를 거치는 동안 세계 각국은 경쟁적으로 철도를 건설하였고 이에 따라 마차와 운하는 기차에게 지배적인 운송 수단의 자리를 넘겨주게 되었다. 철도의 발달을 계기로 국내 시장의 단일화가 이루어져 지방 경제는 국민 경제의 차원으로 승화되었다. 또한, 철도 건설은 금속, 연료, 기계 등을 대량으로 요구했기 때문에 다른 산업 부문에도 엄청난 파급 효과를 낳았다. 그리고, 철도 건설과 운영에는 엄청난 자본과 체계적인 관리가 필요했기 때문에 철도를 매개로 근대적 대기업이 형성되었다.
철도의 원활한 운영을 위하여 표준화 작업도 전개되었는데, 미국의 경우에는 궤간의 크기가 4피트 8.5인치로 통일되었고 전국을 4개의 구역으로 나누어 표준 시각이 정해졌다. 이러한 점에 비추어 볼 때 19세기는 철도의 시대라고 해도 과언이 아니다.
|
| 모든 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 기본 입자로 구성되어 있다는 생각은 아득한 고대부터 존재했다.
돌턴은 오랫동안 기체의 여러 가지 성질을 연구하던 중, 여러 가지 기체의 물에 대한 용해도를 설명하기 위해서 각종 기체들이 무수한 입자들로 이루어져 있을 것이라는 생각을 하게 되었다. 즉 모든 기체는 각기 고유한 작은 입자들로 되어 있어서 이 입자의 크기에 따라 물에 대한 용해도가 달라지는 것이라고 생각했던 것이다. 이것이 단서가 되어 그의 최대의 공적인 원자설이 탄생하게 되었다.
돌턴은 1803년 원자설의 대체적인 구상을 끝내고 1808년에 원자설을 세상에 공포했다. 돌턴은 모든 원소의 원자는 공과 같이 둥근 모양이라고 상상하고 이것들의 모형을 만들어 화합물의 구조를 원자 개념으로 모형적으로 표시하기도 했다. 이와 같은 돌턴의 원자설은 옛날 그리스의 철학자들의 원자설과 거의 비슷하지만, 원자의 질량을 특히 강조한 것은 돌턴의 학설의 특이한 장점이다.
돌턴은 수소 원자를 표준으로 하고, 그 원자량을 1로 정한 다음 다른 원자의 원자량을 결정하려고 했다. 지금의 관점에서 보면 틀린 부분도 많지만 그 당시의 정량 분석 방법이 아직도 유치했고 돌턴의 실험 기술도 그리 뛰어나지 못했기 때문에 그렇게 문제가 되지 않았다. 돌턴의 원자량의 결함은 가장 잘 알려져 있는 화합물의 식을 가장 간단한 식으로 표시하려는데 있는 것인데, 여기에는 어떤 필연성도 없고 합리적인 기초도 없었다. 그러나 화학 변화가 일어날 때 여기에 관여하는 물질의 무게 변화에 규칙적인 어떤 관계가 있다고 하는 것을 원자설에 의해 간단 명료하게 설명할 수 있게 된 것은 돌턴의 원자설의 하나의 장점이라고 할 수 있다.
|
| 돌턴의 원자설, 즉 원자는 더 이상 쪼갤 수 없다는 설과 게이 뤼삭의 기체 반응 법칙을 동시에 모두 성립시키는데는 아보가드로의 분자설이 필요하다. 1811년 아보가드로는 "같은 부피 속에 들어있는 기체의 분자 수는 기체의 종류에 관계없이 모두 같다"는 분자설을 발표했다. 게이 뤼삭이 기체 반응의 법칙을 증명하기 위해 이용한 산화 질소 반응을 돌턴의 원자설과 결합시켜 합리적으로 이 두 가설을 성립시키려면 필연적으로 아보가드로의 법칙에 도달하게 된다.
이 아보가드로의 법칙이 곧 학계에서 채택이 되었던들, 그 후에 원자량의 혼란 등 여러 가지 문제가 없었을 것이다. 그런데 이 법칙은 1858년에 그의 제자인 칸니자로에 의해 인정될 때까지 약 50여 년을 암흑 속에서 빛을 보지 못하고 파묻혀 있었고, 자신의 학설이 세상에서 인정되어 빛을 보기 몇 해 전에 아보가드로는 80세의 긴 일생의 막을 내렸다.
당시에 이 법칙은 아보가드로의 가설이라고 불렸다. 이 가설은 현대 화학의 이론 체계를 세우는 근본을 확고히 하였다고 할만큼 중요한 것이었고 돌턴의 원자설의 결함을 충분히 설명해 주고 있음에도 불구하고, 그 당시에는 가치를 인정받지 못하였던 것이다. 1860년 칼스루에에서 열린 만국 화학 회의에서 화학 기호의 통일 문제를 협의하였을 때, 아보가드로의 제자인 칸니자로가 그의 업적을 소개하여 비로소 아보가드로의 위대함이 인정받았다. 그의 가설은 오늘날 아보가드로의 '법칙'이라 바꾸어 일컬어지고 있다. |
| 19세기가 시작될 무렵의 유럽에서는 무기화학은 광물분석을 중심으로 상당히 발전해 있었던 데 비해, 유기화학분야는 상대적으로 매우 낙후되어 있었다. 그 주된 걸림돌 중의 하나는 생기론의 영향이었다.
당시의 대부분의 화학자들은 유기물이 만들어지기 위해서는 살아있는 유기체에만 있는 이른바 '생명력'의 작용이 반드시 필요하며, 따라서 유기물은 살아있는 유기체의 몸에서만 만들어질 수 있을 뿐 무기물로부터 인공적으로 합성하는 일은 불가능하다고 생각했다. 나아가 특별한 현상인 생명과 관계되는 유기물은 무기화학에서 일반적으로 인정되는 기본적인 화학법칙에 반드시 따르지는 않는다고도 생각했다.
유기물질에 대한 화학적인 접근을 크게 위축시키고 있던 이런 생각들은 1820년대에 독일의 화학자 뵐러(Friedrich Wohler, 1800-1882)가 무기물인 시안산과 암모니아로부터 대표적인 유기물인 요소를 합성해냄으로써 흔들리기 시작했다. 물론 뵐러 당시의 실정으로는 시안산의 염류는 동물의 뿔이나 혈액 등으로부터 만들 수 있는 것이었으므로 생명력과 전혀 관계가 없다고는 할 수 없었다.
생기론에 대한 결정적인 타격은 10여년 후 콜베와 베르텔로가 탄소, 수소 등의 원소로부터 직접 유기화합물을 합성해냄으로써 비로소 가능해졌다. 그러나 뵐러의 요소합성은 생기론에서 벗어나 곳곳에서 유기합성을 시도하도록 방향선회를 시켰다는 점에서 초창기 유기화학에 하나의 이정표가 되었다.
|
| 건축 기술은 19세기에 시멘트와 강철이 사용됨으로써 현격히 발전하였다. 시멘트에 대한 특허는 1824년에 아스프딘(Joseph Aspdin)이 취득했으며, 대규모 시멘트 공업은 1850년대에 포틀런드(Potland) 시멘트가 개발되면서 시작되었다. 시멘트에 모래와 자갈을 섞고 물을 가하면 단단한 콘크리트가 된다. 한편, 1850년대부터 각종 제강법이 개발되면서 강철이 건축물에도 활용되기 시작하였다. 1899년 파리 만국 박람회의 인기를 독차지한 에펠탑은 강철이 수직 건물에도 사용될 수 있다는 것을 보여준 상징적인 건축물이었다.
이러한 두 가지 기술적 전통은 철근 콘크리트(reinforced concrete)를 통해 결합되었다. 즉, 철근으로 망을 먼저 세운 다음 그 주위에 콘크리트를 부어 그 철근이 콘크리트를 강화시켜 주는 것이다. 철근 콘크리트는 1867년에 모니에르(Joseph Monier)가 개발한 후에 지속적인 개량을 거쳐왔다. 그 중 대표적인 것은 콘크리트를 주형하는 과정에서 철근을 잡아들이는 압축 콘크리트를 들 수 있는데, 이것은 외벽이 얇거나 하중이 큰 건축물에 널리 사용되고 있다.
콘크리트의 사용으로 가능해진 빌딩은 오늘날 대도시에서 흔히 볼 수 있는 건축물이 되었다. 또한, 콘크리트는 거대한 굴착 장비의 발전과 결합되어 도로나 댐과 같은 대규모 건설공사를 가능하게 하였다.
|
| 1820년대에는 기하학에 있어서 대혁명이 발생하였다. 1826년 2월 로바체프스키는 유클리드의 평행성의 공리를 부정하고, 〈평행상의 직선 l 밖의 한 점을 지나서 이 평행선의 주어진 직선 l과 만나지 않는 무수히 많은 직선을 그을 수 있다〉라는 공리를 설정한 새로운 기하학이 성립한다는 것을 발표하였다. 이것이 소위 비유클리드 기하학이다. 헝가리의 볼야이도 로바체프스키와는 전혀 독립적으로 같은 기하학을 만들었다. 가우스도 같은 생각에 도달하여 있었지만 공표하지 않았다고 한다.
한편 폰슬렛(Poncelet)은 〈도형의 사영적 성질에 대하여〉라는 논문을 1822년에 발표했다. 그는 이 논문에서 사영기하학에 있어서의 쌍대의 원리를 밝혔고, 이 논문은 오늘날 사영기하학의 한 기초를 이루었다. 몽제(Monge), 카르노(Carnot) 등의 프랑스 수학자들에 의하여 고안된 사영기하학의 연구는 비유클리드 기하학을 비약적으로 발전시켰다.
|
| 1840년대와 1850년대에는 전지를 대체할 수 있는 전기 발생장치로서 발전기를 제작하려는 시도가 이어졌다. 이러한 발전기들은 절연된 철사를 코일로 감아 그것이 철제 영구자석의 자기장 안에서 기계력에 의해 회전되도록 만들어졌다. 그러나 아무리 성능이 좋은 영구자석이라도 극히 약한 자기장을 만들 수 없기 때문에 이러한 유형의 발전기는 효율이 별로 뛰어나지 않았다.
독일의 기술자이자 기업가인 지멘스(Ernest W. Siemens)가 이 한계를 돌파하였다. 그는 1856년 기존의 발전자를 개량하여 T형 이중 발전자를 제작한 후 1866년에 이 발전자를 활용하여 자기 여기 방식의 발전기를 개발하였다. 그의 발전기는 강철의 영구자석 대신에 발전기 자체에서 나오는 전류를 사용한 강력한 전자석을 사용했다는 특징을 가지고 있다. 이 경우에는 전자석의 철심에 전류가 흐르지 않아도 적은 양의 자기가 남아 있기 때문에 코일을 돌려주면 다시 전류가 발생하고 그것을 동력원으로 사용할 수 있는 부수적인 이점도 있다.
지멘스는 발전기의 응용 분야로서 전차에 주목하였다. 그는 1879년 베를린 박람회에서 전차를 선보였는데, 그것은 "지멘스의 회전목마"라는 애칭을 얻었다. 1881년에는 세계 최초의 전기철도가 대중교통기관으로서 베를린의 거리를 달리기 시작하였고 1890년이 되자 유럽과 미국의 많은 대도시에 전차선이 구축되어 운영되고 있었다. 또한, 1882년에 에디슨에 의해 전력의 상업화가 가능해지면서 지멘스의 발전기는 공장에서도 널리 사용되었다.
|
| 다이너마이트는 스웨덴 화학자 노벨(Alfred Bernhard Nobel, 1833∼1896)이 발명한 니트로글리세린을 함유한 폭약의 총칭이다.
1846년 이탈리아의 소브레로가 최초로 합성한 니트로글리세린의 폭발위력은 당시까지 사용되던 흑색화약에 비해서 매우 강했지만, 충격이나 마찰에 의해 쉽게 폭발했을 뿐 아니라 액체상태였기 때문에 취급하기가 어려웠다.
노벨은 니트로글리세린을 정확하게 폭발시키기 위해 연구를 거듭하여 뇌관을 발명했으며, 1866년 니트로글리세린을 고체상태로 만들기 위해 규조토에 흡수시켜 다이너마이트를 개발하였다. 니트로글리세린의 보급으로 폭발사고가 잇따라 일어나 노벨도 동생을 잃는 등 많은 희생자가 발생해 국제적인 문제가 되기도 했으나 그는 실험을 계속하여 보다 폭발력이 크고 효율적인 다이너마이트를 만들어냈다.
그는 약 355종류의 특허와 세계 여러 나라에서 경영한 15개의 화약공장을 기반으로 모은 재산을 스웨덴 과학아카데미에 유산으로 기증하였고, 그의 뜻에 따라 노벨상이 제정되었다.
노벨은 원래 평화주의자로서, 자신의 발명품이 전쟁을 종식시키는데 기여하길 바랬다. 그러나 다이너마이트는 산업자본을 이룩한 구미각국이 제국주의의 길로 접어드는 데 큰 역할을 하였다.
|
| 1830년대 후기에 탄생한 전신 기술은 해저에 전선을 부설하여 대륙 간에 통신망을 개발할 수도 있을 것이라는 희망을 갖게 만들었다. 그리고 1848년에는 독일의 에른스트 베르너 폰 지멘스가 해저 전선에 사용할 수 있는 적절한 절연체를 개발했다. 2년 후 영국의 도버와 프랑스의 칼레를 잇는 첫 번째 해저 전신 부설이 시도되었으나 실패하였고, 1851년에 두 번째 전선이 시도되어 마침내 성공하였다. 이 해저전선이 설치됨으로써, 런던과 파리의 주식거래소는 주가에 대한 정보를 당일로 교환할 수 있게 되었고, 이후 20년간 계속하여 전신에 이용되었다.
대서양 횡단 해저 전선은 1858년에 아일랜드와 미국 뉴펀들랜드 간에 연결되었으나 케이블의 절연 실패로 사용되지 못하였다. 최초의 성공적인 상설 대서양 횡단 해저전선은 1866년에 놓여졌으며, 1865년에 일부가 세워졌던 또 다른 해저 전선 역시 1866년에 완성되었다. 그리고 영국의 빅토리아 여왕과 미국의 앤드류 존슨 대통령이 이 전선을 통해 메시지를 주고 받았다. 이 사업을 주도한 사람은 미국의 자본가 C. W. 필드와 영국의 과학자 켈빈경이었다.
이 전선의 성공에 이어 세계 각지의 바다에 잇달아 전신해저전선이 부설되었다. 세계의 주요 전신 해저 전선은 제1차 세계 대전이 시작되기 전에 거의 부설되었으며, 1913년에 총 길이 52만km에 달했다.
|
| 19세기에 많은 새로운 원소들이 추출되고 성질이 밝혀졌지만 원소들을 분류하려는 시도는 산발적으로만 이어졌다. 더욱이 1860년대에 70여 가지에 이르는 새로운 원소가 발견되고 그 원소들의 속성을 잘 이해하게 되면서 원소들을 분류하려는 시도가 여러 번 있었는데, 그 가운데 가장 성공적인 것이 멘델레예프의 주기율표이다.
어려서부터 물리학과 수학에 탁월하며 비상한 지능을 자랑하던 러시아 학자 드미트리 멘델레예프(Demitri Mendeleev, 1834-1907)는 낱장의 카드를 통해 다양한 원소들의 기저에 버티고 있는 일련의 통일성을 찾아내었다. 그는 원소들의 원자량과 대표적 성질을 낱장의 카드에 적고 카드들을 죽 늘어놓았는데, 원자량에 따라 정렬해 보니 "원자량의 크기가 원소의 성질을 결정한다"는 것을 알아냄으로써 1869년 주기율표를 제출하였다.
주기율표를 통해 원소들의 체계를 잡은 멘델레에프는 그때까지 아직 발견되지 않은 원소들의 존재까지 예견하였는데, 실제 이 예상은 1875년 갈륨, 1879년 스칸듐, 1885년 게르마늄이 발견됨으로써 입증되었다.
멘델레예프 외에도 거의 같은 시기에 마이어(Lothar Meyer), 드 상쿠르투아(Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois) 등도 비슷한 주기율표를 발표했지만, 명쾌한 설명과 발견 원소의 성질을 과감히 예측한 점 등 때문에 멘델레예프의 주기율표가 표준이 되어 오늘날에 이르고 있다.
|
| 오늘날 사용하는 모든 전자기 기술은 물론 전자기학의 모든 법칙의 기본이 맥스웰 방정식에서 비롯된다고 해도 과언이 아니다. 뉴턴 물리학과는 달리 '장(field)'이라는 개념에 입각하여 영국의 물리학자 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831-1879)이 정식화한 4개의 방정식은 이후 전자기학의 토대를 제공하였다.
맥스웰 방정식은 전기와 자기를 측정 가능한 단일한 힘으로 합쳤다. 이 방정식에 의해 전자기파의 존재가 예언되었고, 빛도 전자기파의 일종임이 밝혀졌다. 모든 전자기 법칙은 맥스웰 방정식에서 시작된다고 해도 과언이 아닌 것이다.
전자기학뿐만 아니라 색깔론, 천체 역학, 기체 분자 운동론 등에서 많은 업적을 남긴 맥스웰은 패러데이의 고전적 장 개념을 발전시켜 장이론과 자신의 방정식을 정식화하였다. 그는 패러데이의 역선 개념에서 벗어나 전류가 흐르면 도선 주위의 공간의 성질이 바뀐다고 생각했고, 이를 위해 당시 공간을 채우고 있다고 믿어진 에테르를 이용해서 전자기 현상을 설명했다.
에테르의 개념은 이후 잘못된 것으로 판명됐지만 맥스웰 방정식은 자연계의 가장 중요한 방정식의 대열에서 굳건히 그 자리를 지키고 있다. 아인슈타인의 상대성 이론도 맥스웰 방정식이 제시하는 물리량의 수학적 형태가 물체의 운동에 변함없이 그대로 적용되어야 한다는 생각에서 출발했다.
|
| 근대 타자기의 원조에 해당하는 레밍턴 타자기는 1874년에 등장하였다. 1876년 필라델피아 박람회에 출품된 레밍턴 타자기는 많은 사람의 시선을 끌었지만 그것을 사는 사람은 아무도 없었다. 타자기의 확산 속도는 매우 느려 1880년까지 팔린 타자기의 수는 단 5천 대에 불과하였다. 당시로만 해도 활자로 된 글은 오직 선전 광고뿐이었고 타자로 편지를 써서 보내는 것은 인격적 수준이 낮은 사람으로 분류되었기 때문이었다. 1880년대에 들어서면서 직장의 구체적인 일까지 산업화의 영향이 미치기 시작하면서 타자기의 판매율은 급속도로 증가하여 1888년에는 5만대의 타자기가 팔렸다.
타자기에 얽힌 다른 이야기는 QWERTY로 알려져 있는 자판의 배열순서이다. 레밍턴 터자기를 제작했던 숄즈(Christopher L. Sholes)는 처음에 자판을 알파벳 순으로 배열했다. 그는 글쇠들이 서로 충돌하지 않도록 하기 위하여 알파벳의 순서를 바꾸어 실험을 계속하다가 현재의 자판 배열을 확정하였다. 그 후 QWERTY보다 더욱 간편하고 효율적인 자판 배열이 여러 번 제안되었지만 기존의 자판 배열에 익숙한 소비자들의 시선을 끌지 못했다. 기존 관행의 견고함이나 교체 비용의 막대함이 기술적 우수성을 눌렀던 것이다. 최근에는 첨단 기술 제품에서 자주 나타나는 지배 디자인의 위력을 뜻하는 용어로 "QWERTY 경제학"이 사용되기도 한다.
|
| 
|
사람들의 일상 생활을 바꾸어 놓은 통신 수단 중 가장 획기적인 것은 전화였다. 전화의 기본 원리는 소리를 여러 가지 주파수의 전기 신호로 바꾸었다가 다시 원래의 소리처럼 들리도록 재생하는 것이다.
1831년 영국인 마이클 패러데이가 금속의 진동을 전기 신호로 바꿀 수 있다는 사실을 증명해냄으로써 전화의 이론적 기초가 마련되었다. 하지만 1861년까지는 아무도 이 원리를 이용하여 소리를 전송하진 못했다. 독일의 요한 필리프 라이스는 1876년 소리를 전기 신호로 바꾸었다가 다시 소리로 전환하는 간단한 기계를 만들었다고 한다. 그러나 이 기계는 조잡해서 모든 영역의 주파수를 다 전송하지 못했고, 따라서 더 발전하지 못했다.
최초의 실용적인 전화는 미국의 엘리샤 그레이와 스코틀랜드 태생인 알렉산더 그레함 벨이 독자적으로 개발했다. 믿을 수 없게도 두 사람은 같은 날 특허출원을 냈는데, 벨이 그레이보다 두 시간 빨라서 벨에게 특허가 주어졌다.
최초의 전화 교환국은 1877년 코네티컷의 하트포드에 설치되었다. 최초로 교환국이 도시간에 연결된 것은 1883년 뉴욕, 보스턴 간이었다. 미국 외에서 최초로 교환국이 설치된 곳은 1879년 런던이었는데, 교환국에는 큰 스위치판과 그 앞에서 일하는 교환수가 있었다. 교환수는 결려오는 전화를 받고 수동으로 전화 받을 곳에 연결하였다.
동전을 넣는 공중 전화기는 1889년 하트포드의 월리엄 그레이의 특허이다. 그리고 최초의 다이얼식 전화는 1923년 프랑스의 안토니 바르네가 개발하였다. 이동 전화는 벨 전화 회사에서 개발되어 1924년 뉴욕 시경이 사용하였다. 1946년에는 최초의 상업적인 이동전화가 미주리 주의 세인트루이스에서 시작되었지만, 그 후 40년이 지나도록 일반화되지는 못했다.
1978년 벨 연구소는 미국 전화 전신 회사(AT & T)를 설립하고 지역을 육각형의 셀로 나누는 방식의 이동 전화 시스템을 연구하기 시작했다. 이것은 통화자가 탄 자동차가 한 영역에서 다른 영역으로 이동하면 자동 전환 시스템이 다른 셀로 방해 없이 부드럽게 연결해 주는 것이다. 이후 셀룰러 방식의 전화 시스템은 1981년 미국 전역에서 시행되었다.
|
| 오늘날 우리의 생활에 편리하게 쓰이는 전등은 1879년 토마스 에디슨과 영국의 조셉 윌슨 스완 경에 의해 동시에 발명되었다. 그러나 전등의 역사는 좀 더 거슬러 올라간다. 1811년 험프리 데이비 경이 두 전극 사이의 방전에 의한 빛을 발견하면서부터 전등의 역사는 시작되었다.
파리의 콩코드 광장의 가로등으로 실험적으로 설치된 것은 아크등이었고, 미국과 유럽에서도 다양한 실험이 진행되었다. 그러나 아크등은 너무 빨리 타 버렸기 때문에 비실용적이었다. 이 문제는 적당한 전도체, 또는 필라멘트를 용기나 유리구 안에 필라멘트가 타지 않도록 산소 없이 집어넣는 방법을 고안함으로써 해결되었다. 스완은 최초로 전등을 개발했으나, 그 역시 전등 안을 진공으로 유지하는 문제를 해결하지는 못했다. 이 문제를 해결한 것은 에디슨이었다. 1879년 10월 21일 그는 40시간 동안 빛난 탄소 필라멘트 전등의 연구 결과를 직접 실험해 보였다. 1880년 말에는 1500시간을 견디는 16와트 전등을 만들었고, 이것을 시장에 내놓기 시작했다. 토마스 에디슨은 전기 기구의 역사상 가장 많은 발명을 한 발명가임을 스스로 입증했다.
1910년 제너럴 일렉트릭 회사의 윌리엄 데이비드 쿨리지는 전등의 수명을 크게 연장시킨 텅스텐 필라멘트를 발명하였다. 현재 사용되고 있는 전등은 아르곤이 아트 전압이 낮은 관계로 보통 아르곤 85%와 질소 15%의 혼합 가스를 사용하고 있다. 그리고 열손실을 감소시켜 효율을 좋게 하기 위해 필라멘트를 코일 모양으로 치밀하게 감아 사용하고 있다.
|
| 원자(atom)의 어원은 "쪼개지지 않는다"는 뜻의 그리스어다. 과학자들은 오랫동안 원자는 단단한 당구공 같은 것이며, 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 최소 단위라고 믿었다. 1897년 영국의 조셉 톰슨은 원자 내부에 질량이 수소 원자의 1/1000 정도밖에 되지 않고 음의 전기를 띤 아주 작은 입자, 즉 전자가 존재한다는 것을 알아냈다.
전자와 뒤이은 원자핵의 발견은 "원자핵 주변에서 전자가 어떻게 분포하는가?" 하는 원자 구조의 문제를 낳았다. 특히 닐스 보어의 원자 구조는 최외각 전자들의 분포를 통해 화학 결합의 원리, 주기율표에서 여러 물질들이 비슷한 특성을 보이는 이유 등을 이론적으로 이해할 수 있는 바탕이 되었다. 또한 전자의 발견은 양성자, 중성자, 중성미자, 양전자 등 수많은 소립자 발견의 신호탄이기도 했다. 이 소립자들을 통해 우리는 물질과 자연에 존재하는 여러 힘들을 새로운 방식으로 이해할 수 있게 되었다.
우리 주변에서도 전자를 이용한 기술들을 쉽게 찾을 수 있다. 전자는 입자-파동의 이중성을 가지는데, 특히 전자의 파동성에 기반한 전자현미경을 쓰면 물질 분자를 관찰할 수 있다. 또 TV의 음극관은 금속을 가열할 때 광전자가 방출되는 효과를 이용한 것이다.
|
| 1840년대와 1850년대에는 전지를 대체할 수 있는 전기 발생장치로서 발전기를 제작하려는 시도가 이어졌다. 이러한 발전기들은 절연된 철사를 코일로 감아 그것이 철제 영구자석의 자기장 안에서 기계력에 의해 회전되도록 만들어졌다. 그러나 아무리 성능이 좋은 영구자석이라도 극히 약한 자기장을 만들 수 없기 때문에 이러한 유형의 발전기는 효율이 별로 뛰어나지 않았다.
독일의 기술자이자 기업가인 지멘스(Ernest W. Siemens)가 이 한계를 돌파하였다. 그는 1856년 기존의 발전자를 개량하여 T형 이중 발전자를 제작한 후 1866년에 이 발전자를 활용하여 자기 여기 방식의 발전기를 개발하였다. 그의 발전기는 강철의 영구자석 대신에 발전기 자체에서 나오는 전류를 사용한 강력한 전자석을 사용했다는 특징을 가지고 있다. 이 경우에는 전자석의 철심에 전류가 흐르지 않아도 적은 양의 자기가 남아 있기 때문에 코일을 돌려주면 다시 전류가 발생하고 그것을 동력원으로 사용할 수 있는 부수적인 이점도 있다.
지멘스는 발전기의 응용 분야로서 전차에 주목하였다. 그는 1879년 베를린 박람회에서 전차를 선보였는데, 그것은 "지멘스의 회전목마"라는 애칭을 얻었다. 1881년에는 세계 최초의 전기철도가 대중교통기관으로서 베를린의 거리를 달리기 시작하였고 1890년이 되자 유럽과 미국의 많은 대도시에 전차선이 구축되어 운영되고 있었다. 또한, 1882년에 에디슨에 의해 전력의 상업화가 가능해지면서 지멘스의 발전기는 공장에서도 널리 사용되었다.
|
| 다이너마이트는 스웨덴 화학자 노벨(Alfred Bernhard Nobel, 1833∼1896)이 발명한 니트로글리세린을 함유한 폭약의 총칭이다.
1846년 이탈리아의 소브레로가 최초로 합성한 니트로글리세린의 폭발위력은 당시까지 사용되던 흑색화약에 비해서 매우 강했지만, 충격이나 마찰에 의해 쉽게 폭발했을 뿐 아니라 액체상태였기 때문에 취급하기가 어려웠다.
노벨은 니트로글리세린을 정확하게 폭발시키기 위해 연구를 거듭하여 뇌관을 발명했으며, 1866년 니트로글리세린을 고체상태로 만들기 위해 규조토에 흡수시켜 다이너마이트를 개발하였다. 니트로글리세린의 보급으로 폭발사고가 잇따라 일어나 노벨도 동생을 잃는 등 많은 희생자가 발생해 국제적인 문제가 되기도 했으나 그는 실험을 계속하여 보다 폭발력이 크고 효율적인 다이너마이트를 만들어냈다.
그는 약 355종류의 특허와 세계 여러 나라에서 경영한 15개의 화약공장을 기반으로 모은 재산을 스웨덴 과학아카데미에 유산으로 기증하였고, 그의 뜻에 따라 노벨상이 제정되었다.
노벨은 원래 평화주의자로서, 자신의 발명품이 전쟁을 종식시키는데 기여하길 바랬다. 그러나 다이너마이트는 산업자본을 이룩한 구미각국이 제국주의의 길로 접어드는 데 큰 역할을 하였다.
|
| 1830년대 후기에 탄생한 전신 기술은 해저에 전선을 부설하여 대륙 간에 통신망을 개발할 수도 있을 것이라는 희망을 갖게 만들었다. 그리고 1848년에는 독일의 에른스트 베르너 폰 지멘스가 해저 전선에 사용할 수 있는 적절한 절연체를 개발했다. 2년 후 영국의 도버와 프랑스의 칼레를 잇는 첫 번째 해저 전신 부설이 시도되었으나 실패하였고, 1851년에 두 번째 전선이 시도되어 마침내 성공하였다. 이 해저전선이 설치됨으로써, 런던과 파리의 주식거래소는 주가에 대한 정보를 당일로 교환할 수 있게 되었고, 이후 20년간 계속하여 전신에 이용되었다.
대서양 횡단 해저 전선은 1858년에 아일랜드와 미국 뉴펀들랜드 간에 연결되었으나 케이블의 절연 실패로 사용되지 못하였다. 최초의 성공적인 상설 대서양 횡단 해저전선은 1866년에 놓여졌으며, 1865년에 일부가 세워졌던 또 다른 해저 전선 역시 1866년에 완성되었다. 그리고 영국의 빅토리아 여왕과 미국의 앤드류 존슨 대통령이 이 전선을 통해 메시지를 주고 받았다. 이 사업을 주도한 사람은 미국의 자본가 C. W. 필드와 영국의 과학자 켈빈경이었다.
이 전선의 성공에 이어 세계 각지의 바다에 잇달아 전신해저전선이 부설되었다. 세계의 주요 전신 해저 전선은 제1차 세계 대전이 시작되기 전에 거의 부설되었으며, 1913년에 총 길이 52만km에 달했다.
|
| 19세기에 많은 새로운 원소들이 추출되고 성질이 밝혀졌지만 원소들을 분류하려는 시도는 산발적으로만 이어졌다. 더욱이 1860년대에 70여 가지에 이르는 새로운 원소가 발견되고 그 원소들의 속성을 잘 이해하게 되면서 원소들을 분류하려는 시도가 여러 번 있었는데, 그 가운데 가장 성공적인 것이 멘델레예프의 주기율표이다.
어려서부터 물리학과 수학에 탁월하며 비상한 지능을 자랑하던 러시아 학자 드미트리 멘델레예프(Demitri Mendeleev, 1834-1907)는 낱장의 카드를 통해 다양한 원소들의 기저에 버티고 있는 일련의 통일성을 찾아내었다. 그는 원소들의 원자량과 대표적 성질을 낱장의 카드에 적고 카드들을 죽 늘어놓았는데, 원자량에 따라 정렬해 보니 "원자량의 크기가 원소의 성질을 결정한다"는 것을 알아냄으로써 1869년 주기율표를 제출하였다.
주기율표를 통해 원소들의 체계를 잡은 멘델레에프는 그때까지 아직 발견되지 않은 원소들의 존재까지 예견하였는데, 실제 이 예상은 1875년 갈륨, 1879년 스칸듐, 1885년 게르마늄이 발견됨으로써 입증되었다.
멘델레예프 외에도 거의 같은 시기에 마이어(Lothar Meyer), 드 상쿠르투아(Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois) 등도 비슷한 주기율표를 발표했지만, 명쾌한 설명과 발견 원소의 성질을 과감히 예측한 점 등 때문에 멘델레예프의 주기율표가 표준이 되어 오늘날에 이르고 있다.
|
| 오늘날 사용하는 모든 전자기 기술은 물론 전자기학의 모든 법칙의 기본이 맥스웰 방정식에서 비롯된다고 해도 과언이 아니다. 뉴턴 물리학과는 달리 '장(field)'이라는 개념에 입각하여 영국의 물리학자 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831-1879)이 정식화한 4개의 방정식은 이후 전자기학의 토대를 제공하였다.
맥스웰 방정식은 전기와 자기를 측정 가능한 단일한 힘으로 합쳤다. 이 방정식에 의해 전자기파의 존재가 예언되었고, 빛도 전자기파의 일종임이 밝혀졌다. 모든 전자기 법칙은 맥스웰 방정식에서 시작된다고 해도 과언이 아닌 것이다.
전자기학뿐만 아니라 색깔론, 천체 역학, 기체 분자 운동론 등에서 많은 업적을 남긴 맥스웰은 패러데이의 고전적 장 개념을 발전시켜 장이론과 자신의 방정식을 정식화하였다. 그는 패러데이의 역선 개념에서 벗어나 전류가 흐르면 도선 주위의 공간의 성질이 바뀐다고 생각했고, 이를 위해 당시 공간을 채우고 있다고 믿어진 에테르를 이용해서 전자기 현상을 설명했다.
에테르의 개념은 이후 잘못된 것으로 판명됐지만 맥스웰 방정식은 자연계의 가장 중요한 방정식의 대열에서 굳건히 그 자리를 지키고 있다. 아인슈타인의 상대성 이론도 맥스웰 방정식이 제시하는 물리량의 수학적 형태가 물체의 운동에 변함없이 그대로 적용되어야 한다는 생각에서 출발했다.
|
| 근대 타자기의 원조에 해당하는 레밍턴 타자기는 1874년에 등장하였다. 1876년 필라델피아 박람회에 출품된 레밍턴 타자기는 많은 사람의 시선을 끌었지만 그것을 사는 사람은 아무도 없었다. 타자기의 확산 속도는 매우 느려 1880년까지 팔린 타자기의 수는 단 5천 대에 불과하였다. 당시로만 해도 활자로 된 글은 오직 선전 광고뿐이었고 타자로 편지를 써서 보내는 것은 인격적 수준이 낮은 사람으로 분류되었기 때문이었다. 1880년대에 들어서면서 직장의 구체적인 일까지 산업화의 영향이 미치기 시작하면서 타자기의 판매율은 급속도로 증가하여 1888년에는 5만대의 타자기가 팔렸다.
타자기에 얽힌 다른 이야기는 QWERTY로 알려져 있는 자판의 배열순서이다. 레밍턴 터자기를 제작했던 숄즈(Christopher L. Sholes)는 처음에 자판을 알파벳 순으로 배열했다. 그는 글쇠들이 서로 충돌하지 않도록 하기 위하여 알파벳의 순서를 바꾸어 실험을 계속하다가 현재의 자판 배열을 확정하였다. 그 후 QWERTY보다 더욱 간편하고 효율적인 자판 배열이 여러 번 제안되었지만 기존의 자판 배열에 익숙한 소비자들의 시선을 끌지 못했다. 기존 관행의 견고함이나 교체 비용의 막대함이 기술적 우수성을 눌렀던 것이다. 최근에는 첨단 기술 제품에서 자주 나타나는 지배 디자인의 위력을 뜻하는 용어로 "QWERTY 경제학"이 사용되기도 한다.
|
|
|
사람들의 일상 생활을 바꾸어 놓은 통신 수단 중 가장 획기적인 것은 전화였다. 전화의 기본 원리는 소리를 여러 가지 주파수의 전기 신호로 바꾸었다가 다시 원래의 소리처럼 들리도록 재생하는 것이다.
1831년 영국인 마이클 패러데이가 금속의 진동을 전기 신호로 바꿀 수 있다는 사실을 증명해냄으로써 전화의 이론적 기초가 마련되었다. 하지만 1861년까지는 아무도 이 원리를 이용하여 소리를 전송하진 못했다. 독일의 요한 필리프 라이스는 1876년 소리를 전기 신호로 바꾸었다가 다시 소리로 전환하는 간단한 기계를 만들었다고 한다. 그러나 이 기계는 조잡해서 모든 영역의 주파수를 다 전송하지 못했고, 따라서 더 발전하지 못했다.
최초의 실용적인 전화는 미국의 엘리샤 그레이와 스코틀랜드 태생인 알렉산더 그레함 벨이 독자적으로 개발했다. 믿을 수 없게도 두 사람은 같은 날 특허출원을 냈는데, 벨이 그레이보다 두 시간 빨라서 벨에게 특허가 주어졌다.
최초의 전화 교환국은 1877년 코네티컷의 하트포드에 설치되었다. 최초로 교환국이 도시간에 연결된 것은 1883년 뉴욕, 보스턴 간이었다. 미국 외에서 최초로 교환국이 설치된 곳은 1879년 런던이었는데, 교환국에는 큰 스위치판과 그 앞에서 일하는 교환수가 있었다. 교환수는 결려오는 전화를 받고 수동으로 전화 받을 곳에 연결하였다.
동전을 넣는 공중 전화기는 1889년 하트포드의 월리엄 그레이의 특허이다. 그리고 최초의 다이얼식 전화는 1923년 프랑스의 안토니 바르네가 개발하였다. 이동 전화는 벨 전화 회사에서 개발되어 1924년 뉴욕 시경이 사용하였다. 1946년에는 최초의 상업적인 이동전화가 미주리 주의 세인트루이스에서 시작되었지만, 그 후 40년이 지나도록 일반화되지는 못했다.
1978년 벨 연구소는 미국 전화 전신 회사(AT & T)를 설립하고 지역을 육각형의 셀로 나누는 방식의 이동 전화 시스템을 연구하기 시작했다. 이것은 통화자가 탄 자동차가 한 영역에서 다른 영역으로 이동하면 자동 전환 시스템이 다른 셀로 방해 없이 부드럽게 연결해 주는 것이다. 이후 셀룰러 방식의 전화 시스템은 1981년 미국 전역에서 시행되었다.
|
| 오늘날 우리의 생활에 편리하게 쓰이는 전등은 1879년 토마스 에디슨과 영국의 조셉 윌슨 스완 경에 의해 동시에 발명되었다. 그러나 전등의 역사는 좀 더 거슬러 올라간다. 1811년 험프리 데이비 경이 두 전극 사이의 방전에 의한 빛을 발견하면서부터 전등의 역사는 시작되었다.
파리의 콩코드 광장의 가로등으로 실험적으로 설치된 것은 아크등이었고, 미국과 유럽에서도 다양한 실험이 진행되었다. 그러나 아크등은 너무 빨리 타 버렸기 때문에 비실용적이었다. 이 문제는 적당한 전도체, 또는 필라멘트를 용기나 유리구 안에 필라멘트가 타지 않도록 산소 없이 집어넣는 방법을 고안함으로써 해결되었다. 스완은 최초로 전등을 개발했으나, 그 역시 전등 안을 진공으로 유지하는 문제를 해결하지는 못했다. 이 문제를 해결한 것은 에디슨이었다. 1879년 10월 21일 그는 40시간 동안 빛난 탄소 필라멘트 전등의 연구 결과를 직접 실험해 보였다. 1880년 말에는 1500시간을 견디는 16와트 전등을 만들었고, 이것을 시장에 내놓기 시작했다. 토마스 에디슨은 전기 기구의 역사상 가장 많은 발명을 한 발명가임을 스스로 입증했다.
1910년 제너럴 일렉트릭 회사의 윌리엄 데이비드 쿨리지는 전등의 수명을 크게 연장시킨 텅스텐 필라멘트를 발명하였다. 현재 사용되고 있는 전등은 아르곤이 아트 전압이 낮은 관계로 보통 아르곤 85%와 질소 15%의 혼합 가스를 사용하고 있다. 그리고 열손실을 감소시켜 효율을 좋게 하기 위해 필라멘트를 코일 모양으로 치밀하게 감아 사용하고 있다.
|
| 원자(atom)의 어원은 "쪼개지지 않는다"는 뜻의 그리스어다. 과학자들은 오랫동안 원자는 단단한 당구공 같은 것이며, 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 최소 단위라고 믿었다. 1897년 영국의 조셉 톰슨은 원자 내부에 질량이 수소 원자의 1/1000 정도밖에 되지 않고 음의 전기를 띤 아주 작은 입자, 즉 전자가 존재한다는 것을 알아냈다.
전자와 뒤이은 원자핵의 발견은 "원자핵 주변에서 전자가 어떻게 분포하는가?" 하는 원자 구조의 문제를 낳았다. 특히 닐스 보어의 원자 구조는 최외각 전자들의 분포를 통해 화학 결합의 원리, 주기율표에서 여러 물질들이 비슷한 특성을 보이는 이유 등을 이론적으로 이해할 수 있는 바탕이 되었다. 또한 전자의 발견은 양성자, 중성자, 중성미자, 양전자 등 수많은 소립자 발견의 신호탄이기도 했다. 이 소립자들을 통해 우리는 물질과 자연에 존재하는 여러 힘들을 새로운 방식으로 이해할 수 있게 되었다.
우리 주변에서도 전자를 이용한 기술들을 쉽게 찾을 수 있다. 전자는 입자-파동의 이중성을 가지는데, 특히 전자의 파동성에 기반한 전자현미경을 쓰면 물질 분자를 관찰할 수 있다. 또 TV의 음극관은 금속을 가열할 때 광전자가 방출되는 효과를 이용한 것이다.
|
| 영화는 활동사진을 연속적으로 기록하는 것에서 비롯되었다. 프랑스 박물학자 마레(E.J. Marey)는 1888년에 권총형 사진기를 개량하여 감광판을 회전시켜 새의 잇따른 자세를 1초에 12회 촬영하였다. "연속기록사진장치"로 불린 마레의 카메라는 아직 완전하지는 않았지만 영화촬영기의 모든 원리를 내포하고 있었다.
미국의 발명가 에디슨은 1888년에 자신의 발명품인 축음기와 활동사진을 결합하여 1초에 48장의 사진을 찍는 활동사진 카메라를 만들었다. 키네토스코프(kinetoscope)라 불린 그의 영사기는 카메라로 찍은 음화를 양화로 만들어 구멍을 통해 직접 육안으로 들여다 볼 수 있게 설계되어 있었다.
영화가 처음 발명되었을 때 에디슨의 스튜디오는 선망의 대상이었다. 그의 스튜디오에서 영화를 본 사람들은 입을 다물 줄 몰랐다. 영화에 대한 사람들의 관심이 급증하자 미국 곳곳에서는 5센트만 내면 영화를 볼 수 있는 극장들이 번창하였다. 5센트 극장은 대중들이 흥미를 느낄 수 있는 영화를 만들고 스타를 키우는 일이나 화면을 크게 하는 일에 과감히 투자하였다. 이에 반해 에디슨은 흥미보다는 교육과 관련된 영화를 제작하였고, 스타나 화면과 같은 외형적인 것보다는 영사기의 성능을 개선하는 데 노력을 기울였다. 이러한 에디슨의 사업전략은 점점 소비자의 기호와 멀어지게 되어 에디슨은 "영화를 발명했지만 영화사업에서는 실패한 사람"이 되었다.
|
|
|
영화는 활동사진을 연속적으로 기록하는 것에서 비롯되었다. 프랑스 박물학자 마레(E.J. Marey)는 1888년에 권총형 사진기를 개량하여 감광판을 회전시켜 새의 잇따른 자세를 1초에 12회 촬영하였다. "연속기록사진장치"로 불린 마레의 카메라는 아직 완전하지는 않았지만 영화촬영기의 모든 원리를 내포하고 있었다.
미국의 발명가 에디슨은 1888년에 자신의 발명품인 축음기와 활동사진을 결합하여 1초에 48장의 사진을 찍는 활동사진 카메라를 만들었다. 키네토스코프(kinetoscope)라 불린 그의 영사기는 카메라로 찍은 음화를 양화로 만들어 구멍을 통해 직접 육안으로 들여다 볼 수 있게 설계되어 있었다.
영화가 처음 발명되었을 때 에디슨의 스튜디오는 선망의 대상이었다. 그의 스튜디오에서 영화를 본 사람들은 입을 다물 줄 몰랐다. 영화에 대한 사람들의 관심이 급증하자 미국 곳곳에서는 5센트만 내면 영화를 볼 수 있는 극장들이 번창하였다. 5센트 극장은 대중들이 흥미를 느낄 수 있는 영화를 만들고 스타를 키우는 일이나 화면을 크게 하는 일에 과감히 투자하였다. 이에 반해 에디슨은 흥미보다는 교육과 관련된 영화를 제작하였고, 스타나 화면과 같은 외형적인 것보다는 영사기의 성능을 개선하는 데 노력을 기울였다. 이러한 에디슨의 사업전략은 점점 소비자의 기호와 멀어지게 되어 에디슨은 "영화를 발명했지만 영화사업에서는 실패한 사람"이 되었다.
| 1860년대 초 맥스웰은 이전까지와는 약간 다른 방식을 이용해서 오늘날에도 전자기학의 뼈대가 되는 네 개의 맥스웰 방정식을 만들어 내었다. 맥스웰이 만들어낸 방정식들을 연립해서 풀면 파동 방정식이 나오는데 맥스웰은 그 파동의 속도를 계산해내었다. 계산 결과는 전자기파의 속도가 빛의 속도와 같다는 것이었다. 그 결과를 바탕으로 그는 전자기파가 존재한다고 예언하고, 빛은 전자기파의 일종이며 따라서 빛과 전자기파는 본질적으로 같은 것이라고 주장하였다.
맥스웰이 전자기파를 예언한 후, 1888년 독일의 물리학자 헤르츠는 이러한 전자기파가 존재하는 것을 실험적으로 증명하였다. 그는 전자기파를 발생시키는 장치(진동자)와 전자기파를 받는 장치(공진자)를 만들었다. 포물선 반사경을 사용하여 평행하게 진행하는 전자기파를 만들어 반사, 굴절, 회절, 간섭 등의 실험을 하여 전자기파와 빛이 같은 성질의 것임을 증명하였다. 이로써 맥스웰의 전자기파 방정식의 옮음이 증명되었다.
맥스웰의 전자기 이론과 그에 따른 헤르츠의 실험은 원격적인 중심력을 기초로 한 뉴튼적 자연관을 대신하여 전자기적 자연관이 과학사상에 새로이 등장하게 함으로써 자연 인식의 역사에 하나의 전환점을 형성하였다.
|
| 자동차가 바퀴 이래 교통 수단의 역사상 가장 혁명적인 발명품이라는 견해에는 의심의 여지가 없다. 자동차의 기본 전제는 간단하다. 소나 말이 끄는 탈것을 하나 골라서 모터를 달아 스스로 달리는 수레로 만드는 것이다.
현대적인 자동차의 시조는 1771년 프랑스의 전쟁성 장관 니콜라스 조셉 컥넛이 만든 파르디에라고 하는 증기 동력의 삼륜차였다. 이 기계는 말이 끄는 것보다 느리고 운전하기도 힘들었기 때문에 본격적으로 생산되지는 않았다. 역시 프랑스인인 앙드 볼르는 1873년 12인승 증기 자동차를 만들었다. 그러나 증기기관은 마차와 속도를 경쟁하기 위해 만들어진 자동차에는 적합하지 않았다.
실용적인 자동차의 발명이 있기까지는 실용적인 내연기관의 발명을 기다려야 했다. 1889년 독일의 고트리브 다임러와 빌헬름 메이바흐는 기념비적인 교통 수단을 탄생시켰다. 이 자동차는 1.5마력의 4단 변속과 2기통 휘발유 엔진으로 시속 16킬로미터를 달릴 수 있었다. 또 다른 독일인 카를 벤츠도 같은 해에 휘발유로 가는 차를 만들었다. 그러나 19세기의 휘발유 자동차는 유럽과 미국에서 생산된 진귀한 물건으로 단지 호기심의 대상일 뿐이었다.
최초로 대량 생산된 자동차는 1901년 미국의 랜섬 E. 올스가 개발한 커브드 대시 올스모실이었다. 현대적인 자동차를 대량으로 생산해 낼 수 있는 일괄 조립 라인은 미국 디트로이트의 헨리 포드의 작품이다. 그는 1896년부터 휘발유 자동차를 만들었다. 1908년 모델 T 자동차가 생산되기 시작한 이래 1927년 생산 중단할 때까지 1800만대가 넘는 자동차가 포드의 조립 라인을 빠져 나갔다.
|
| 에너지 보존 법칙은 열, 전기, 자기, 빛, 역학적 에너지 등이 서로 형태만 바뀔 뿐, 그 총량은 일정하게 보존된다는 것이다. 예를 들어 전열기를 사용하면 전기 에너지가 소모되지만 이는 완전히 없어지는 것이 아니라 에너지의 형태만 열로 바뀔 뿐이다. 또 이 열로 물을 끓여 수증기를 발생시키고 이 수증기로 터빈을 돌리면 열 에너지는 다시 역학적 에너지로 바뀐다.
에너지 보존 법칙은 따로따로 이해되던 열, 전기, 자기, 운동, 빛 등의 현상을 에너지라는 개념을 통해 통일적으로 이해할 수 있는 기반을 제공했다. 사람들은 오랫동안 물체에 열을 가해 무엇인가를 하고 나면 그 열이 사라진다고 생각했다. 그러나 제임스 줄은 열이 역학적인 일로 바뀌고, 또 역학적 일은 열로 바뀔 수 있다는 것을 실험으로 보여주었다. 이러한 실험을 통해 열, 전기, 역학적 일 등이 형태는 다르지만 본질적으로 같은 어떤 것, 즉 에너지라는 것을 인식하게 되었던 것이다.
한편 에너지 보존 법칙은 영구기관을 만들려는 오랜 꿈이 불가능하다는 것을 밝혀 여러 사람들을 실망에 빠지게 만들기도 했다. 영구기관이란 한 번만 작동을 시켜주면 더 이상 외부에서 일을 해주지 않아도 그 작동이 영구히 지속되는, 따라서 연료 걱정을 할 필요가 없는 그런 장치를 말한다.
|
| 1879년에 영국의 크룩스(William Crooks)는 저압의 기체를 넣은 관에 고압의 전류를 흘리면서 알 수 없는 선이 음극으로부터 방사되는 것을 보았다. 그것은 보통 직선으로 진행하며 자기장의 영향을 받으면 구부러졌다. 그는 이 선을 음극에서 방사되어 나오는 극히 작은 대전된 입자의 흐름이라고 생각하여 음극선(cathode ray)이라 불렀다.
1895년에 독일의 뢴트겐(Wilhelm von Rontgen)은 크룩스관을 이용하여 음극선을 금속에 부딪치면 지금까지 알려지지 않은 새로운 선이 방출된다는 사실을 발견하였다. 그는 그 선이 대단한 투과력을 가지고 있으며 불투명한 물체도 통과한다는 점을 알았다. 뢴트겐은 이 사실을 아무에게도 알리지 않고 자신의 처를 실험실로 불러 그녀의 손을 그 선으로 찍어 성공을 거두었다. 그러나 이 선이 발생하는 원인은 도무지 알 수 없어서 그는 X선이란 용어를 붙였다.
그간의 실험을 정리해 발표한 뢴트겐의 논문은 과학계, 의학계 및 일반인 사이에서 센세이션을 불러 일으켰다. X선은 인간이나 기계의 조직을 진단하기 위하여 의학계 및 산업계에서 널리 사용되었다. 뢴트겐은 1901년에 노벨 물리학상의 최초 수상자가 되는 영예를 안았다. 한편, X선이 발생하는 원인은 당시 과학계의 중심 과제로 떠올랐고 이에 관련된 많은 연구활동은 방사능과 방사성 원소의 발견으로 이어졌다.
|
| 전신과 전화는 모두 통신 기술 시대의 도약을 가져온 큰 발명품들이다. 하지만 전파의 발견은 전신이나 전화보다도 더 큰 통신의 새 시대를 열었다. 전파를 발견한 것은 1887년 독일의 과학자 헤르쯔였다. 그러나 최초로 전파를 통신에 이용하여 한 사람은 귀리엘리모 마르코니였다.
1895년 마르코니는 이탈리아 볼로냐의 자기 집 근방에서 2.4킬로미터 떨어진 곳으로 무선 전파 신호를 보내는 데 성공했다. 1898년 유진 뒤크리테와 에르네스트 로제는 파리 시를 가로질러 무선 송신을 하였으며, 1899년 3월 28일에는 마르코니가 영국의 도버에서 프랑스의 위메레까지 50킬로미터를 지나는 무선 통신에 성공하였다. 마르코니는 이어 2년 뒤인 1901년 12월 12일, 영국의 폴두에서 뉴펀들랜드까지 무려 3380킬로미터 떨어진 곳에서 최초로 대륙간 무선 통신에 성공하였다. 1903년 마르코니가 메사추세츠의 사우드웰포리트에 호출부호 WOC인 송신국을 세웠을 때, 봉헌식에는 테오도어 루스벨트 대통령과 에드워드 7세 국왕의 축하 메시지 교환도 있었다. 1904년 마르코니는 최초의 선박, 해변간 통신 시스템인 커나드 증기선에 무선 통신을 설치했다. 이 시스템은 1912년 타이타닉호의 참사 등 여러 해난 사고에서 인명 구조에 절대적인 기여를 했다.
무선 통신은 그 후로도 비약적인 발전을 거듭하여 현재는 레이저에 의한 통신이 실용화 단계에 와 있다. 이러한 추세라면 앞으로의 무선 통신은 정보화 사회와 깊이 있게 맞물려 함께 시대를 선도해 나갈 것으로 전망된다.
|
| 방사능이란 물질 원자가 자발적으로 에너지를 방출하는 특성을 가리킨다. 1897년 앙리 베크렐은 우라늄 화합물에서 전에 본 적이 없는 강한 에너지가 저절로 방출되는 것을 발견했다. 곧이어 퀴리 부부는 우라늄 이외의 방사능 물질이 있음을 확인하고 이를 각각 폴로늄과 라듐으로 이름지었다.
방사능의 발견은 과학적인 면에서, 또 실용적인 면에서 중요한 결과를 낳았다. 먼저 물리학자들은 방사능 연구를 통해 방사선의 본질, 원자핵 변환에 관해 알 수 있었다. 이러한 연구들은 본격적인 핵물리학 연구로 이어졌고, 마침내 원자탄의 원리가 되는 인공 연쇄 핵분열까지 가능하게 되었다.
오늘날 원자핵 에너지는 무기 제작에만 활용되는 것이 아니다. 핵 에너지는 화석 연료와 더불어 주요 에너지 공급원의 역할을 한다. 그에 따라 방사능 핵폐기물 등의 문제가 새로이 대두되기도 했다.
한편 방사능 물질들은 의학, 농업, 고고학 연구 등에도 이용되고 있다. 병원에서는 피부병과 항암 치료에 방사선을 이용한다. 방사능 동위 원소를 이용하면 유물의 연대기 측정이나 동·식물의 체내에서 일어나는 물질 대사를 추적할 수 있다. 또한 방사선을 품종개량이나 식품 보존에도 활용하고 있다.
|
| 19세기와 20세기에 걸쳐 의학은 눈부신 발전을 이루었다. 그 중에서도 특히 외과는 수술기법과 관련된 어려운 문제들이 해결되면서 두드러지게 진보했다. 마취술과 수술부위의 감염을 막는 무균처리법이 발달하면서 수술의 성공률이 크게 높아진 것이다.
그러나 수술 과정에서 필연적으로 발생하는 출혈 문제는 해결해야 할 또다른 장벽이었다. 출혈이 심해지면 쇼크 등의 부작용이 생기고 심하면 목숨까지 잃게 된다. 출혈이 불가피하다면 그만큼의 혈액을 환자에게 공급해 주면 된다는 생각은 일찍부터 있었지만, 19세기까지의 수혈은 성공보다는 실패가 훨씬 많았다. 그 이유는 혈액형에 대한 이해가 없었기 때문이었다.
이 문제를 해결한 사람은 1900년 ABO식 혈액형을 발견한 란트슈타이너(Karl Landsteiner, 1868-1943)였다. 사람의 혈액은 적혈구에 어떤 응집원이 있느냐에 따라 A, B, O, AB형으로 구분되는데, 각 혈액의 혈청에는 자기 것이 아닌 응집원에 대항하는 항체가 있어 다른 혈액형의 혈액과 만나면 응집반응이 일어나는 것이다. 이전 시기의 수혈에서 많은 실패를 경험한 것은 바로 다른 혈액형의 혈액을 제공하여 환자의 체내에서 응집반응이 일어났기 때문이었다.
란트슈타이너의 혈액형 발견 이후 수혈 때는 반드시 동일한 혈액형의 혈액을 이용하게 되었고, 그 결과 수혈의 안전성이 크게 높아졌다. 그 덕분에 심한 출혈을 하는 부상환자나 많은 출혈이 예상되는 대수술도 무사히 실시할 수 있게 되어 많은 생명을 구할 수 있게 되었다.
|
| 20세기의 전환기에 막스 플랑크는 양자 이론을 탄생시킴으로서 물리학의 근본 구조를 완전히 바꾸어 놓았다.
플랑크가 양자를 발견한 배경에는 19세기 말 물리학자들을 괴롭힌 '흑체 복사(blackbody radiation)' 문제가 놓여 있었다. 그가 흑체 복사 문제에 관심을 갖게 된 것은 그 문제가 근본적으로 중요하다는 단 한가지 이유 때문이었다. 용광로처럼 가열된 구멍에서 복사되는 빛은 밝은 황색에서부터 적색, 청백색 등의 여러 가지 스펙트럼을 발산한다. 1884년 스테판의 추론을 같은 해에 볼츠만이 이론적으로 설명한 온도와 복사에너지의 관계는 총에너지=σT4 라는 수식으로 나타낼 수 있다. 이때 총에너지는 단위 면적당 단위 시간에 흑체에서 복사되는 에너지이고 T는 절대온도이다. 복사열의 성질은 순전히 온도와 파장에 달려 있고 물체 자체의 성질과는 관계가 없다. 즉 고전 법칙에 의하면 모든 복사 에너지를 흡수한 물체의 복사라면 열과 빛은 자외선 파장에서 방출해야 한다.
플랑크는 여러 번의 실패 끝에 흑체 복사를 예측하는 공식을 만들었다. 여기에서 그는 에너지는 불연속적인 단위 또는 다발로 복사된다는 가정을 사용하였다. 즉 에너지는 길이나 무게와 같이 연속적으로 어떤 값이든지 다 가질 수 있는 것이 아니라 플랑크 상수와 진동수를 곱한 만큼의 값만을 가질 수 있는 것이다. 이 이론은 E=hν 라는 식으로 나타낼 수 있다. 여기서 h는 플랑크 상수이고 ν는 진동수이다. 플랑크는 1900년 12월 양자에 관한 최초의 논문을 발표하여 양자물리학을 탄생시켰다.
1905년 아인슈타인은 양자설을 이용해 광전효과를 설명했고, 1913년 보어는 플랑크의 접근법이 담고 있는 폭넓은 의미를 원자모형에 이용해 원자 내부에서 전자가 양자화된 특정 궤도 상에서만 존재한다고 가정했다.
|
| "가장 기이하게 여겨지는 꿈이 가장 심오한 뜻을 내포하고 있다."
오스트리아의 지그문트 프로이드(Sigmund Freud, 1856∼1939)는 꿈이 '무의식으로 통하는 왕도'이며, 억압된 욕망이 꿈을 통해 상징적으로 나타난다고 주장하여 성욕과 같은 감추어진 인간의 욕망과 콤플렉스를 세상에 드러내었다. 그리고 이러한 욕망의 근원을 성기에 대한 부러움과 거세 공포라는 어린 시절의 경험으로 설명함으로써 인간의 심리 발달을 전생애적으로 보게 하였다. 프로이드는 이 주장을 아버지에 대한 적대감과 어머니에 대한 강한 애착을 나타내는 '오이디푸스 콤플렉스(Oedipus complex)'라는 용어로 집약하였다.
오스트리아 유태인 가정 출신인 프로이드는 의대를 졸업한 후 신경학자에서 정신 병리학자로 전환하면서 정신분석학을 창시하였다. 정신분석이라는 용어는 1896년 무렵 <히스테리 병인론>에서 처음으로 사용하였는데, 이 책에서 히스테리의 주된 원인이 성욕이라고 주장하여 의사회에서 사퇴하기까지 하였다. 고독한 연구 끝에 발간된 <꿈의 해석>(1900)에서 무의식 세계를 보임으로써 프로이드는 세계적으로 유명해졌다. 일부에서는 프로이드의 정신분석이론이 남성우월주의에 기반하고 있으며 무의식과 충동을 지나치게 강조하였다는 비판을 하고 있지만, 오늘날까지도 심리학, 정신의학, 문학, 예술, 법학 등 다양한 분야에서 가치를 인정받고 있으며 하나의 사상으로까지 발전하였다고 할 수 있다.
|
| 하늘을 자유자재로 날아다니는 것은 고대의 신화나 설화에서부터 찾아볼 수 있는 인류의 오랜 꿈이자 숙원이었다. 이러한 꿈을 최초로 실현시킨 것은 1783년 프랑스의 몽골피에 형제에 의해 발명된 뜨거운 공기를 이용하는 기구(balloon)였다.
그러나 기구는 마음먹은 대로 방향을 바꾸기 힘들고 속도가 느리다는 등의 한계를 안고 있었다. 이 때문에 19세기의 발명가와 과학자들은 공기보다 무거운 탈것을 이용해 하늘을 나는 문제를 해결하기 위해 노력하였다. 그러나 단순한 상상의 수준을 넘어 '조종이 가능한 동력 비행기'를 실제로 만드는 것에는 숱한 어려움이 도사리고 있었다.
이 문제를 결국 해결한 이들이 미국의 윌버 라이트(1867-1912)와 오빌 라이트(1871-1948) 형제였다. 독일의 발명가인 오토 릴리엔탈의 실험 기사를 읽고 비행에 관심을 갖게 된 그들은 1896년부터 본격적으로 연구를 시작하였고, 1903년 12월 17일에 노스캐롤라이나 주의 키티 호크에서 최초의 동력 비행을 성공시켰다.
라이트 형제의 발명은 곧 유럽으로 건너가 주목을 끌었다. 특히 1909년에 프랑스의 루이 블레리오가 자신이 만든 비행기로 영국 해협 횡단을 성공시킨 것이 계기가 되어 관심이 폭발적으로 증가하게 되자, 이내 승객과 화물을 실어나르는 상용 비행이 생겨났다. 본격적인 항공 시대가 시작된 것이었다.
|
| 아인슈타인의 상대성 이론 이전에는 시간과 공간은 서로 독립적이고, 이 둘은 원래부터 우주에 존재했고 앞으로도 똑같이 존재할 것이라고 믿었다. 또 질량을 가진 물체는 시간이나 공간에 독립적으로 존재하고 물체들 사이에는 중력법칙에 따르는 인력이 존재한다고 믿었다. 고전 물리학은 이러한 믿음을 바탕으로 했고, 천체나 대포알 같은 거시 세계의 운동을 성공적으로 설명했다.
그러나 상대성 이론은 시간과 공간에 대한 인간의 인식을 완전히 바꾸는 계기가 되었다. 상대성 이론에 따르면 시간과 공간의 근원은 관측자 자신에게 있고, '3차원 공간과 시간'이 아니라 시간과 공간이 서로 연관을 맺고 있는 4차원 시공간을 형성한다. 이러한 상대성 이론의 여러 개념들을 이해하기란 쉽지 않다. 왜냐하면 인간의 일상이 이루어지는 거시세계에서는 4차원 시공간의 효과가 잘 드러나지 않기 때문이다.
상대성 이론의 큰 매력은 여러 물리 법칙을 간단명료하게 정리해 준다는 데 있다. 시간과 공간의 물리적 근원에 대해 설명할 뿐 아니라, 우주 팽창같은 거시 현상에서 극미의 원자 세계를 아우르는 통일된 이해 방식을 제공한다. 이런 이론은 매우 추상적으로 보이지만, 원자탄이 터질 때 나오는 에너지의 양과 같은 실질적인 문제에도 응용된다.
|
| 인간의 말소리를 전파에 실어보낸다는 생각은 마르코니에 의해 무선 전신이 상용화된 후 여러 과학자와 공학자들의 꿈이었다. 단순히 모스 부호를 통해 통신을 하는 것보다는 인간의 음성을 그대로 전달할 수 있다는 것은 정말로 매력적인 일이었기 때문이다. 그러한 꿈을 달성한 것이 바로 벨에 의한 전화의 실용화와 라디오 방송의 실용화였다.
라디오 방송은 1906년 크리스마스 이브에 미국 매사추세츠주 브랜트로크의 해변에 위치한 연구소에서 물리학자 겸 발명가였던 레지날드 페센덴에 의해 시작되었다. 라디오 방송은 전파를 스파크에 의존하지 않고 연속적으로 발생시킬 수 있는 연속파(continuous wave) 기술과 전파를 증폭할 수 있는 삼극 진공관이 발명되면서 가능해졌다. 이 두 기술은 20세기 초반에 이루어진 기술적 성과에서 가장 주목할 만한 것 중의 하나였다.
1906년의 역사적인 첫 방송이 있은 후 여러 해 동안 라디오 방송은 고작 무선 통신의 한 분야에 머물고 있었다. 하지만 1920년 11월 2일 KDKA 방송국에서 최초의 상업 방송이 시작되면서 비로소 세상은 급격하게 바뀌기 시작했다. 라디오는 사람들의 귀와 상상력을 사로잡았고 지방 문화를 변화시켰으며 가정을 비롯한 주요한 삶의 터전에서 새로운 문화적 욕구를 충족시켰다.
이후 라디오 방송은 화상을 함께 전하는 텔레비전의 강력한 도전에 직면했으나, 여전히 인류의 주요한 문화이자 대중 매체로서 위력을 발휘하고 있다.
|
| 1910년 미국 컬럼비아 대학의 한 실험실에서 흰눈을 가진 수컷 초파리 한 마리가 태어났다. 당시에는 돋보기로 보아야 겨우 구분이 가능한 이 초파리의 탄생이 무슨 의미를 갖고 있는지 아무도 알 수 없었다. 유전학은 발생학 연구의 한 갈래 정도로만 인식되어 모건조차 발생과정의 돌연변이를 연구하기 위해 초파리를 도입했을 뿐이었다. 그러나 초파리를 키울 빈 우유병과 먹이인 바나나가 뒹구는 모건(Thomas Hunt Morgan, 1866∼1945)의 실험실에서는 날마다 새로운 돌연변이 초파리가 탄생하였고, 모건은 암수에 따라 다르게 나타나는 여러 돌연변이를 성을 결정하는 염색체와 흰눈 유전자와의 연관으로 설명하였다. 모건은 그해 유전자가 염색체에 존재한다는 '염색체이론(Chromosome theory)'을 <사이언스> 지에 3페이지 짜리 논문으로 발표하였다. 염색체 속에 유전자가 있다는 것이 밝혀지자 이후 유전학 연구는 염색체의 구조와 복제에 집중되었으며, 결국 DNA 구조 발견으로 이어지는 현대 생물학의 혁명이 시작되었다.
성 연관 돌연변이 초파리가 발견되자 모건은 제자인 스터트반트(Sturtevant)와 함께 염색체 상의 유전자들의 상대적 위치를 나타내는 유전자 지도를 만들었다. 오늘날 유전자 연구에서 사용하는 유전자 지도가 바로 그것이며 이 업적을 기려 유전자의 상대적 거리를 나타내는 단위를 모건이라 부른다. '파리 방'이라 불린 당시 모건의 연구실에서 연구하던 스터트반트와 뮬러(Muller), 브리지(Bridges)는 현대 유전학을 이끌어갔다. 모건은 염색체 이론 정립의 공으로 1945년 유전학자로는 최초로 노벨 생리 의학상을 받았다.
|
| 초전도 현상은 어떤 조건 하에서 도체의 전기 저항이 0이 되는 현상으로, 1911년 카메를링 오네스에 의해 발견되었다. 저항이 없는 초전도체는 전류가 흘러도 열을 전혀 발생시키지 않는다.
초전도체를 이용하면 적은 에너지로도 많은 일을 할 수 있다. 백금, 구리같이 전도성이 큰 도체도 저항이 0은 아니기 때문에, 이를 이용한 현재의 송전에서는 에너지 손실을 피할 수 없다. 그러나 초전도체를 송전에 이용한다면 아무리 먼 곳이라도 에너지 손실 전혀 없이 전기를 보낼 수 있다.
또 초전도체로 전자석을 만들면 작은 양의 전기로도 강한 자기장을 얻을 수 있다. 철로에 전자석, 기차 바닥에는 초전도 코일을 장착하면 한 번의 전류 공급으로도 충분히 강한 자기장을 만들어 기차가 뜨게 할 수 있다. 기차가 뜨면 선로와의 마찰이 없으므로 빠른 속도로 달릴 수 있는데, 이것이 자기부상 열차의 원리다.
문제는 초전도 현상이 주로 -256∼-245℃ 정도의 극저온에서 일어나기 때문에 이를 이용하기가 매우 어렵다는 것이다. 그런데 1986년, -260℃에서 초전도 현상이 관찰되었고 그후 -175℃까지 임계온도가 올라갔다. 이러한 고온 초전도체에 관한 연구 덕분에 초전도 현상을 현실에 응용할 수 있는 가능성은 점점 더 높아지고 있다.
|
| 대륙이동설은 독일의 기상학자인 알프레드 베게너(Alfred Wegener, 1880∼1930)가 1912년 경에 제안한 가설이다. 그것은 당시의 상식으로는 도저히 생각할 수 없는 기발한 세계상을 그려내고 있다.
그에 의하면, 아메리카 대륙과 아프리카, 유럽 대륙은 원래 하나의 거대한 대륙이었다. 이 초대륙을 판게아라고 하고 북쪽을 러시아 대륙, 남쪽을 곤드와나라고 부른다. 뿐만 아니라 대륙이동설은 인도, 오스트레일리아, 남극 등의 대륙까지도 연결되어 있었다고 주장한다. 즉, 전세계는 하나의 거대 대륙과 그것을 둘러싼 바다로 이루어져 있었지만 오랜 세월이 흐르는 동안 분열하여 현재의 세계가 만들어졌다는 것이 바로 대륙이동설이다.
현재 세계지도를 잘 보면 남아메리카 대륙 북부의 동쪽의 돌출부와 아프리카 대륙 적도 부근의 움푹 들어간 부분은 이상할 정도로 유사한 형태를 취하고 있다. 베게너는 이것에 착안하여 대담한 새로운 설을 제창한 것이다. 마치 그림 맞추기 퍼즐과 같은 것이라고 할 수 있을 것이다.
그러나 유감스럽게도 당시에 그는 대륙이동설에 대한 확실한 증거를 찾아내지 못하였다. 남미, 아프리카 양 대륙에서 동일한 종류의 고대 생물의 화석이 발견되었다는 것 등으로 이것이 대륙이 연결되었던 증거라고 그는 주장하였다. 그러나 그것도 결국은 결정적인 것이 되지 못하고 끝나 버렸다.
대륙이동설은 1920년대 말까지 활발하게 논의되었지만 그 후 1930년대에는 거의 잊혀졌다가 고지자기학(古地磁氣學)의 덕분으로 1950년 말에 새롭게 되살아나 오늘에 이르고 있다.
|
| 19세기 중엽부터 기계적 냉장에 대한 요구가 증가하면서 각 기업들은 경쟁적으로 냉장고 사업에 뛰어들었고 1920년대에는 가정용 냉장고가 시판되기에 이르렀다.
당시의 가정용 냉장고는 가스 흡수식과 전기 압축식이라는 두 가지 형태를 띠고 있었다. 전기 압축식에서는 압축기라는 별도의 전기 펌프가 냉매의 기화와 응고를 조절하였던 반면, 가스 흡수식은 냉매가 가스 불꽃에 의해 가열되고 물에 흡수되면서 농축되는 매우 간단한 구조를 가지고 있었다. 압축기로 인하여 윙윙하는 소리가 심하게 났던 전기 냉장고에 비해 가스 냉장고는 매우 조용하였고, 가스 흡수식에는 작동 부품이 거의 없어서 작동 비용도 저렴하였으며 유지 및 정비도 용이하였다.
이처럼 가스 흡수식이 매우 간단하고 편리한 기술인데도 불구하고 전기 압축식이 냉장고 시장을 석권한 것은 무슨 까닭일까? 제너럴 일렉트릭이나 웨스팅하우스와 같은 대기업으로 대표되는 충분한 자본을 바탕으로 전기 냉장고 제조업체들은 냉장고의 개발에 막대한 물적·인적 자원을 투자하였으며 적극적이고 기발한 광고 및 판촉 활동을 벌였다. 반면 가스 냉장고 제조업체들은 대부분 중소기업이어서 막대한 개발비를 적시에 공급하지 못했고, 도중에 사업을 포기하는 업체가 많아서 건전한 경쟁이 유발되지 않았다. 이러한 과정을 통해 등장한 전기 압축식은 지금도 지배적인 냉장고 패러다임으로 군림하고 있다.
|
|
|
움직이는 영상을 전자기파를 이용해 먼 곳으로 전송하는 아이디어는 19세기부터 이론적으로 논의되기 시작했고, 정지 화상을 전송하는 장치는 실제로 제작되었다. 움직이는 영상을 전기 신호로 바꾸는 데는 셀레늄의 성질이 이용되었다. 셀레늄은 1817년에 발견된 화학 원소로, 사진에서 은 화합물이 빛에 민감하듯이 이 물질의 전기 저항은 빛에 민감하게 변한다.
1884년에는 독일의 파울 니프코브가 영상을 여러 가지 강도의 평행한 선으로 바꾸는 방법을 발전시켰다. 초기의 텔레비전은 영상을 셀레늄 셀을 통하여 기록하고 전송하는 과정이었다. 러시아 태생의 미국인 블라디미르 코스마 조르킨이 1924년에 발명한 이코노스코프도 텔레비전의 발전에서 중요한 위치를 차지한다. 스코프는 영상을 캐소드 튜브의 광전지 셀에 투사하는 역할을 한다. 그러면 셀에서는 빛의 세기에 비례하는 전류가 발생하는데, 이것을 주사하면 비디오 신호가 되는 것이다. 이러한 방식의 이코노스코프는 요즘 볼 수 있는 텔레비전 수상관의 직접적인 조상이다.
니프코브의 발견을 기초로 한 여러 가지 실험이 있었지만, 최초의 실용적인 텔레비전을 만든 것은 스코틀랜드의 기술자 존 로지 베이드였다. 그는 1923년 주사선이 8개인 텔레비전의 특허를 얻었고, 1926년에는 송수신기를 선보였다. 이것은 최초의 영국 공영 방송에 사용되었다. 1927년 벨 전화 회사는 전화선을 이용하여 워싱턴에서 뉴욕으로 미국 최초의 텔레비전 방송을 하였다. 1928년 베이드는 단파를 이용하여 런던에서 뉴욕으로 최초의 대서양 횡단 방송을 하였다. 영국 방송사는 1930년 베이드의 텔레비전이 개선되어 시장에 나오자 정기적인 텔레비전 방송을 시작했다.
베이드의 발명은 즉각 상업적으로 성공하지는 못했지만, 1939년까지는 영국에서 2만 명이 텔레비전을 시청하게 되었다. 프랑스에서는 1935년 에펠탑 위에 텔레비젼 송신기가 설치되었고, 미국에서는 1936년 RCA가 뉴욕의 엠파이어 스테이트 빌딩 옥상에 송신소를 설치하였다. 그러나 2차대전으로 인해 텔레비전의 보급이 늦어져, 온 가정에 텔레비전이 보급되기 시작한 것은 1940년대 후반과 1950년대 초반에 이르러서였다.
|
| 미시 세계의 소립자들은 입자-파동의 이중성을 띠고 있으며, 에너지는 양자화되어 불연속적인 값만 가질 수 있다. 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger, 1887~1961)가 체계화시킨 양자역학은 이러한 대상의 운동을 기술하는 이론이다. 이는 우리에게 미시 세계를 이해할 이론적 틀을 제공하는 동시에 우리가 오랫동안 믿어온 생각을 수정하게 만들었다.
고전역학의 체계에서는 운동방정식을 알면 그 물체의 과거와 미래를 정확하고 결정적으로 기술할 수 있다. 예를 들어 자동차가 어떤 속도로 어떤 조건에서 출발했는지 알면, 어느 시각에 어디를 지나게 될 지 정확하게 말할 수 있는 것이다.
그러나 양자역학에 따르면 우리는 파동방정식을 풀더라도 특정한 시각에 특정한 위치에서 소립자를 관찰할 확률만을 알 수 있을 뿐이다. 우리가 관찰을 시도한다 해도, 불확정성 원리에 의해 입자의 운동량과 위치를 동시에 정확하게 측정할 수는 없다. 또한 양자역학에서 물질의 본성은 관찰 방법에 의존한다. 즉 빛과 입자는 입자-파동 이중성을 가지지만, 현실에서는 관찰 방법에 따라 입자나 파동 중 한가지로만 나타난다.
이와 같은 양자역학의 결론을 이해하기란 쉽지 않다. 그러나 양자역학을 통해 우리는 미시 세계를 이해하고 이용할 수 있다. 대표적인 예가 원자핵 에너지나 반도체의 전기적 성질에 관한 연구이다.
|
| 오랫동안 사람들은 우주를 질서정연하고 안정된 것이라고 생각했다. 아득한 고대부터 지금까지 별들은 늘 그 자리에 그 모습대로 있었고, 앞으로도 그러할 것이라는 믿음이 있었던 것이다.
이 믿음은 너무나 강해서 알버트 아인슈타인같은 물리학자도 '우주상수'를 도입하는 실수를 할 정도였다. 그는 일반 상대성 이론을 바탕으로 한 우주론에서 우주가 팽창한다는 결론이 나자, 그럴 리 없다며 우주가 팽창하지 않도록 우주상수를 도입했던 것이다. 그러나 다른 많은 학자들이 팽창 우주론을 주장했다. 마침내 1929년 에드윈 허블이 관측을 통해 증거를 찾아내자 아인슈타인도 자기의 실수를 인정하고 말았다.
우주가 팽창하고 있다면 먼 과거에는 지금보다 별들이 더 가까이 있었고 더 거슬러 올라가면 거의 한 점에 모여 있었을 것이다. 우주의 시작, 즉 시간의 시작이 있음을 뜻하는 이 이론이 바로 빅뱅이론이다. 그렇다면 우주의 미래는 어떨까? 우주는 무한히 계속 팽창할까? 아니면 대파국이론이 주장하는 대로 언젠가는 팽창을 멈추고 수축하여 다시 한 점으로 모일까?
지금까지 알려진 바로는 대파국이 일어날 가능성은 거의 없다고 한다. 팽창우주론 연구는 근본물질에 대한 이해, 자연에 존재하는 여러 힘들에 대한 이해를 한차원 높여 주었다.
|
| 입자가속기는 입자를 높은 속도 또는 에너지를 갖도록 가속하는 장치이다. 가속기 건설은 자연 상태보다 고에너지 입자를 보다 더 많이 얻을 수 있다는 것에서 비롯되었다. 또 자연방사능 원소에서 얻는 입자는 전자, 감마선, 알파 입자에 한정되어 있고, 양성자와 중성자가 1932년 이후로 점점 더 중요해져 가고 있다는 것에도 이유가 있다. 러더퍼드의 실험 이후에 입자의 가속이 핵변환에 가장 좋은 방법이라는 것이 확실해졌다.
최초의 가속기는 미국에서 1925년경 만들어졌다. 가속기는 가속시키는 입자가 전자인지 양성자인지, 또는 다른 입자인지에 따라 구별하기도 한다. 양성자 가속기의 대표적인 예는 미국 페르미연구소의 테바트론을 들 수 있다. 테바트론은 1983년에 가속빔의 에너지를 1TeV로 증가시켰으며, 86년에는 양성자-반양성자 충돌형 가속기로 개조하여 충돌에너지를 2TeV로 증가시켜 운영하고 있다. 페르미 가속기 연구소는 이를 이용하여 여섯 종류의 쿼크 중 아직 실체를 확인하지 못한 톱쿼크를 찾는 노력을 게속하고 있다.
우주를 이해하고 또 입자들의 본성을 이해하기 위하여 물리학자들은 입자들을 더 강하게 충돌시켜 높은 에너지 상태에서 입자들을 연구하려고 한다. 이 중의 하나는 힉스보존을 찾아내는 일이다. 미국의 초전도 수퍼 충돌기[Superconducting Super Collider] 프로젝트는 취소되었고, 현재로서는 유럽의 대형 하드론 충돌기[Large Hardron Collider]가 최선의 방법이다. LHC 프로젝트에는 45개국의 4,000명의 과학자와 공학자가 참가한다. 클린턴 대통령의 과학자문은 이것은 공전의 국제적인 협동작업이라고 언급했다.
|
| 인류는 오랜 옛날부터 계산을 편리하게 해주는 다양한 도구들을 사용하고 있었다. 그러다가 17세기의 과학자 파스칼이 최초의 계산기를 발명하게 되는데, 이것이 현대적인 의미에서의 컴퓨터의 시조이다.
파스칼의 계산기는 주판과 그 원리가 비슷했지만, 톱니바퀴 열에 의해 수학적 조작을 했다는 점이 근본적인 차이이다. 그러다가 19세기 말에 타자기가 개발되자 계산기도 그 영향을 받아 자판을 붙여 제작되기 시작했다. 그리하여 제작된 것이 펠트가 1887년 시장에 내놓은 자판형의 '컴프토미터'였다. 컴퓨터의 개발에 획기적인 계기가 마련된 것은 정보 처리 능력을 갖춘 기계를 제작할 수 있게 되면서부터였다. 이것은 원래 19세기 초의 배버지라는 사람이 처음 고안한 아이디어인데, 1930년에 아이킨이라는 미국인에 의해 재발견된다. 아이킨은 배버지의 기계식 대신 전기 기계식의 방식을 도입하여 실용화에 성공을 거두었을 뿐 아니라, 이를 펀치 카드 원리 체계와 결합함으로써 현대식 컴퓨터의 원형을 개발하기에 이른다.
이후 컴퓨터는 하버드 마크Ⅰ, 에니악과 유니박, 집적 회로 등의 발명으로 비약적으로 발전하게 된다. 이것은 여러 개의 트랜지스터를 단일 결정에 연결 회로와 함께 집어넣은 것으로서 이후 반도체 기술은 비약적인 성장을 거듭하였다.
|
| 우라늄 핵과 같이 핵분열이 가능한 물질에 중성자가 충돌했을 때 물질은 붕괴하여 2개의 서로 다른 원자를 생성하고 많은 열을 생성한다. 이를 핵분열 과정이라 하는데, 이 과정에서 중성자들이 새로 발생하게 되고, 이들 중성자는 다른 원자들이 연쇄적으로 분열하도록 할 수 있다. 원자로의 기본 원리는 원자폭탄과 같다. 다른 점은 원자폭탄의 경우 이러한 연쇄 반응이 제어되지 않는 반면, 원자로의 경우에는 그것이 매우 조심스럽게 제어된다는 것이다. 핵분열 과정에서는 엄청난 양의 열이 발생한다. 1파운드(0.45kg)의 우라늄이 핵분열을 할 때 생성되는 열은 석탄 1,500t을 태우는 것과 맞먹는다. 이러한 현상은 주로 전력 생산을 위한 원자로에서 많은 양의 열을 생산하는 데 이용된다.
최초의 원자로는 이탈리아의 물리학자 페르미에 의해 건설되었다. 제2차 세계대전 중 미국에서는 원자폭탄 제조계획인 소위 '맨해튼 계획'이 수립되었다. 그리고 맨해튼 계획의 일환으로 1942년에 엔리코 페르미가 이끄는 물리학자 팀이 시카고 대학교의 스태그 경기장 콘크리트 관중석의 지하에 세계 최초의 원자로인 '시카고 파일'을 제작한 것이다. 그 후 1954년에는 소련에서 최초로 실용 원자력 발전소가 건설되었고, 그에 뒤이어 영국과 미국에 공업적 규모의 원자력 발전소가 건설되었다.
|
| 1905년 아인슈타인이 질량-에너지 등가법칙(E=mc2)에 의해 예언한 원자폭탄은 독일의 한과 슈트라스만이 연쇄반응을 발견하고, 페르미가 미국 시카고대학 축구장 지하의 비밀 실험장에서 세계 최초의 원자로를 만듦으로써 가시화되었다. 급기야 '맨해턴 계획'을 통해 미국이 1945년 7월 16일 네바다의 한 사막에서 핵폭발 실험에 성공하자 새로운 '프로메테우스의 불'이 인류의 손에 쥐어지게 되었다.
1950년대에 들어서 '평화를 위한 원자력(atom for peace)'이라는 기치를 내걸고 세계 각국은 원자력 발전이라는 전혀 새로운 형태의 발전소를 대거 건설하였다. 우리나라의 경우 전체 발전량의 거의 50%를 원자력에 의존하고 있다. 하지만 원자력 발전은 이산화탄소의 발생량을 줄이는 효과는 있지만 필연적으로 발생하는 치명적인 핵폐기물 때문에 인류에게는 여전히 위협적인 존재로 남아있다.
더욱이 1945년 8월 6일 원자폭탄이 일본 히로시마에 떨어짐으로써 인류는 전혀 새로운 위험에 직면하게 되었다. 전쟁에서 군인은 물론 민간인도 무차별적으로 살상하게 되었으며, 방사능으로 인해 유전적 변이가 생겨 부모 세대의 전쟁의 상처가 그 자손들에게까지 이어졌다. 뿐만 아니라 이후 지속된 핵무기 경쟁으로 인간은 지구를 70번이나 초토화시킬 수 있는 파괴력을 가지게 되었다. 전면적인 핵전쟁이 발발하면 인간도 한 때 지구를 지배하다 멸종한 공룡의 전철을 밟게 될지도 모른다.
|
| 한 생물체가 지니는 모든 형질을 다음 세대에 물려주는 유전현상에 대해 처음으로 체계적인 연구를 진행한 사람은 멘델이었으나 그의 연구결과는 다른 학자들의 관심을 끌지 못했다. 30여 년이 지난 1900년 몇 명의 학자들에 의해 멘델의 연구가 재발견됨으로써 유전은 생물학계의 중심적인 탐구주제가 되었다.
이후 50여 년의 연구를 통해 유전자가 DNA라는 사실이 입증되었고, 이에 따라 일군의 학자들이 DNA의 구조와 기능을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 1953년 케임브리지대학 캐번디시연구소의 왓슨과 크릭에 의해 DNA가 염기들의 상보적 결합으로 이루어진 이중나선 구조라는 사실이 밝혀지게 되었다. 왓슨과 크릭의 발견은 단순히 DNA의 구조를 보여주는데 그치지 않고 다음 세대에 유전자를 전달하기 위해서 필요한 DNA의 복제 기제까지 이해할 수 있게 만들었다.
생물이 한 개체 또는 한 종으로서 나타내는 형질들을 결정하는 유전자의 실체가 규명되고, 크릭이 분자생물학의 중심원리라 부른 'DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 발현된다'는 사실이 확립되면서 생물학은 새로운 시대를 맞이하게 되었다. 분자생물학이라는 분야가 새로이 탄생하였으며, 이후 DNA를 조작할 수 있게 되면서 생명공학의 시대가 열리게 된 것이다.
|
| 1957년 10월 4일에 소련이 쏘아 올린 인류 최초의 인공위성 스푸트니크는 미국에 커다란 충격을 안겨 주었다. 과학 기술의 우위를 믿고 있었던 미국으로서는 미사일 격차라는 참담한 현실을 수용하지 않을 수 없었다. 같은 해 11월 아이젠하워 대통령은 대통령 직속으로 과학기술 특별 보좌관을 임명하고 기존의 과학 자문 위원회를 대통령 직속으로 격상시켰다. 또한, 1958년에는 연방 과학 기술 회의가 설립되어 산업계, 행정부, 대학의 핵심 인물들이 과학 기술 정책의 주요 이슈를 토론하게 되었다. 이러한 기구들은 소련과의 미사일 격차를 줄이고 더 나아가 소련을 추월하기 위한 항공 우주 기술의 개발을 크게 고무시켰다.
스푸트니크의 충격은 미국이 과학 교육 체제를 정비하는 계기로도 활용되었다. 미국의 많은 언론들은 소련에 뒤진 주된 이유를 미국의 체계적이지 못한 과학 교육에서 찾았고 급기야 미국 의회는 1958년에 국가 방위 교육법을 통과시켰다. 이 법률을 통하여 미국 정부는 과학교육의 진흥을 위하여 10억 달러라는 거금을 지출하였다. 그 결과 고등 교육 기관에 입학한 학생의 수는 1957년에 300만 명 정도에 불과했던 것이 1968년에는 700만 명 정도로 급격히 증가하였다. 또한, 초등 교육 기관에서 고등 교육 기관에 이르는 전 교육 과정에서 과학 교과목의 중요성이 강조되었고 교과 과정을 개편하기 위한 노력이 잇따랐다.
|
| 1958년 소련이 지구 둘레의 궤도를 선회하는 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사 성공시키며 우주 경쟁 시대를 선포하자, 이에 자극 받은 미국의 존 F. 케네디 대통령은 60년대가 지나기 전에 인간을 달에 착륙시킨 후 무사히 귀환시키겠다는 약속을 내걸었다.
1969년 7월 20일 미국 동부 시간으로 오후 4시 17분, 인류 역사상 최초로 유인 달착륙선 이글호가 달에 착륙했다. 미국 우주선 아폴로 11호의 사령선에서 떨어져 나온 이글 호는 선장 닐 암스트롱과 조종사 에드윈 앨드린에 의해 달 표면의 '고요의 바다'에 무사히 착륙했다. 오후 10시 56분 암스트롱은 4개의 연동 바퀴가 달린 착륙선의 문을 열고, 황량하고 가루처럼 흙이 뒤덮힌 달 표면 위에 조심스레 첫발을 내디뎠다. 인류가 달나라에 첫발을 내딛는 순간이었다.
암스트롱은 텔레비전을 통해 이 장면을 시청하고 있던 약 6억 명의 지구인들에게 "오늘 나는 나의 자그마한 발걸음을 내디뎠을 뿐이지만 전 인류에게는 위대한 도약"이라고 말했다. 마이클 콜린스가 사령선을 타고 달 주위를 궤도 비행하고 있는 동안 19분 후에 조종사 앨드린이 암스트롱과 합류했다. 그는 물 한 줄기, 공기 한 줌도 없는 '고요의 바다'의 달 표면에 내디디며 '장엄하고 황량한' 기분을 표현했다.
아폴로 11호의 달 착륙 성공은 1971년 화성 궤도로 발사된 마리너 9호, 1976년 무인 우주선 바이킹 1호에 의한 화성 탐사를 촉진시킴으로써 우주의 보다 먼 곳에 대한 탐사를 활발하게 했으며, 영구히 궤도를 도는 우주 정거장을 경유하여 지구와 달 사이에서 인간과 장비를 운반하는 스페이스 셔틀 체제의 개발을 구상하게 했다. 실제 셔틀 체제가 구축되면 달이나 기타 행성을 거주지로 삼거나 태양계 밖으로의 우주 탐사 여행이 더 이상 공상과학소설 속의 이야기가 아닌 현실로 가능해 질 것이다.
|
| 1978년 7월 25일 영국에서 세계 최초로 어머니의 몸밖에서 수정된 아기가 태어났다. 어머니의 난자와 아버지의 정자가 시험관에서 수정되었다고 해서 '시험관 아기'라 불린 루이스 브라운은 현대 의학의 기적이라는 칭송을 받으며 세계적인 주목을 끌었다.
결혼한 부부 10쌍 가운데 보통 1쌍은 아기를 갖지 못하고 있다. 불임의 원인으로는 우선 정자의 수와 운동성이 정상, 즉 1ml 안에 2천만 개 이상이어야 하고 이 가운데 60% 이상이 운동능력이 있는 것에 미치지 못할 때를 들 수 있다. 정자가 정상이더라도 남성이나 여성 어느 쪽의 문제로 난자가 생성되는 나팔관까지 가지 못하면 수정이 되지 않는다. 그래서 정자를 가느다란 관으로 여성의 자궁에 주입하는 인공수정이나, 정자와 난자를 나팔관 끝 부분에 넣어 수정을 유도하는 나팔관수정이 발달되었다. 그러나 이것도 나팔관으로 가는 길이 막혀 있거나 나팔관이 아예 없는 경우에는 무용지물이다. 시험관 아기는 이런 경우에 정자와 난자를 2∼3일 동안 아예 시험관에서 키워 수정시킨 후 어머니의 자궁에 직접 주입하는 방법이다. 생명의 수정이 시험관 속에서 이루어졌다는 의미에서 엄청난 충격을 준 것이다.
이후 최초의 시험관 아기 루이스 브라운은 어머니의 몸 속에서 자라 제왕절개로 세상에 나왔다. 그로부터 20년이 지난 1998년 그녀는 어엿한 숙녀로 언론에 나와 유치원 보모나 간호사가 되고 싶다는 꿈을 이야기했다. 우리 나라도 1985년 서울대병원에서 처음 시험관 아기가 탄생하였으며 세계적으로 20여 년 동안 약 30만여 명이 시험관 아기로 탄생하였다.
|
| 영국 로슬린 연구소의 이안 읠머트 박사와 케이스 켐벨 박사는 성장한 양을 복제시키는데 성공해 그 결과를 1997년 2월 27일자 <네이처> 지에 게재했다. 1930년대 독일의 발생학자 스페만이 핵 속에 생명체 형성을 위한 모든 정보가 들어 있다고 주장한 이래 복제에 대한 연구는 꾸준히 진행되어 개구리나 소, 양 등을 복제해 왔다. 그러나 윌머트 박사팀의 복제는 발생초기의 수정란을 나누는 기존의 복제와는 달리 다 자란 양의 체세포를 이용한 것이어서 더욱 충격적이었다. 만화에서나 있을 법한 이야기였던 나와 똑같은 사람을 만드는 일이 가능해진 것이다. 성급한 언론들은 누구를 먼저 복제할 것인지에 대한 인기투표까지 하는 웃지 못할 일까지 생겼다.
윌머트 박사는 6살된 양의 유방으로부터 얻은 유선 세포를 배양하고 이로부터 핵을 추출한 뒤 미리 핵이 제거된 미수정란에 이식했다. 이때 다 자란 세포에서는 수정란 세포를 발생시키는 유전 정보가 발현되지 않으므로 체세포 핵의 세포분열주기와 핵을 받을 난자의 주기를 맞추는 과정이 중요하다. 수정란은 대리모 자궁에 이식되어 돌리(Dolly)라는 복제양으로 태어났다. 윌머트 박사의 성공 이후 전세계적으로 복제 연구가 붐을 이루었으며 우리나라에서도 복제소가 탄생하였다. 또한 인간의 체세포를 복제하여 여벌의 장기를 만들어내어 필요할 때 이식한다는 연구도 시작되었다. 그러나 인간을 대상으로 한 복제연구는 사회의 거센 반발을 낳았으며 생명공학 전반에 대한 윤리적인 검토가 시작되었다.
|
|
| 약은 인류가 숙명적으로 받아들여왔던 질병의 예방과 치료를 위해 탄생한 귀중한 산물이다. 과학기술이 발달하면서 20세기에 앞다투어 쏟아져 나온 수많은 약들 중에서도 페니실린은 단연 최고라는 평가를 받고 있으며, 수많은 사람들의 생명을 구하고 희망을 안겨 준 '기적의 약'이라고 불린다.
페니실린은 영국의 세균학자 플레밍(Alexander Fleming, 1881-1955)이 우연히 발견하였다. 1928년, 그는 포도상구균 계통의 화농균을 배양하다가 우연히 한 개의 배양접시에서 세균무리가 죽어있는 것을 발견하고, 이는 배양접시에 곰팡이가 자라면서 세균이 자라지 못한 결과라는 사실을 깨달았다. 플레밍은 실험 끝에 페니실리움속에 속하는 곰팡이가 생산하는 물질이 여러 종류의 세균에 대해 항균작용을 나타냄을 확인하고 이 물질에 페니실린이라는 이름을 붙였다.
몇 년뒤 플로리(Howard Walter Florey, 1898-1968)와 체인(Ernst Boris Chain, 1906-1979)은 페니실린을 정제하여 결정 형태로 생산하였으며, 몇 차례의 동물실험을 통해 페니실린의 강력한 항균작용을 입증하였다.
이후 대량생산되기 시작한 페니실린은 2차대전 때 상처의 염증으로 전장의 이슬로 사라질 운명에 처했던 수많은 부상병들의 생명을 구해냈다. 페니실린의 개발로 인류는 항생제의 시대를 열었고 세균과의 싸움에서 강력한 무기를 얻게 되었다. |
| 19세기 말부터 20세기 초에 걸쳐 진행된 교통과 통신의 혁명은 산업과 생활 양식에 커다란 영향을 주었다. 특히 통신 분야는 마르코니가 1890년대에 발전시킨 무선통신의 상업화와 그 뒤를 이은 여러 발명, 특히 진공관에 의해 다른 어떤 분야보다도 빠른 성장을 할 수 있었다.
진공관 발명의 역사는 '발명왕' 에디슨(Thomas Edison, 1847-1931)으로부터 시작한다. 1883년 그는 새로운 백열전등을 개량하는 일을 하면서, 전류가 전등의 탄소 필라멘트와 양전하된 금속판 사이의 진공 속을 흐른다는 것을 발견했다. 그러나 그는 이 현상의 대단한 실용성을 예견하지 못하고 '에디슨 효과'라는 이름만을 붙인 채 전등을 개량하는 일에만 매달렸다.
'에디슨 효과'에 주목하여 이극 진공관을 발명한 사람은 영국의 플레밍(John A. Fleming, 1849-1945)이었다. '플레밍 밸브'라 명명된 이 진공관은 흔히 다이오드라 불리기도 하는데 교류를 직류로 바꾸는 '정류 작용'을 한다.
진정한 전자시대를 연 삼극 진공관은 미국의 발명가 드 포리스트(Lee de Forest, 1873-1961)가 발명했다. 예일 대학에서 물리학 박사 학위를 받은 그는 이극 진공관의 필라멘트와 금속판(양극) 사이에 제어 그리드를 삽입하여 삼극 진공관을 최초로 만들었는데, 이 장치는 신호의 '증폭'도 가능한 것이었다. 신호의 증폭이 가능해지자 통신 거리의 한계가 극복되었고, 텔레비전, 라디오 등에 응용되면서 방송 시대를 이끌어 내었다. 트랜지스터와 집적회로가 발명되기 이전까지 모든 전자제품에는 진공관이 사용되었다 |
http://graced.egloos.com/741290
|
|
E-MAIL:shalomheian@gmail.com