7. 빛과 전기의 짜릿한 콜라보! 맥스웰, 4줄의 마법으로 세상을 꿰뚫다

물리학 역사상 가장 위대한 시(詩)

 세상을 노래하는 시(詩)라고 생각해 본 적 있으신가요? 낭만적인 이야기 같지만, 진짜 그런 '시'가 우리 눈앞에 존재합니다. 그것도 아주 강력하고 아름다운 형태, 바로 4개의 수학 방정식으로 말이죠!
이 마법 같은 시의 이름은 '맥스웰 방정식'. 19세기 스코틀랜드의 천재 물리학자 제임스 클러크 맥스웰 할아버지가 쓴 이 4줄은, 마치 숨겨진 악보처럼 전기와 자기, 심지어 빛까지 하나로 묶어버린 놀라운 작품입니다.
우리가 지금 손 안의 스마트폰으로 세상을 연결하고, 눈앞의 컴퓨터 화면으로 정보를 얻는 이 모든 놀라운 경험 뒤에는, 바로 이 맥스웰 할아버지의 엄청난 통찰력이 숨어있다는 사실! 알고 계셨나요?

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흩어져 있던 조각들을 하나로, 거인들의 어깨 위에서

맥스웰 할아버지가 어느 날 갑자기 뿅 하고 이 모든 걸 깨달은 건 아니에요. 이전 시대의 великие 과학자들이 하나씩 발견해 놓은 전기와 자기에 대한 법칙들을 아주 꼼꼼하게 살펴보았죠. 마치 레고 블록처럼 흩어져 있던 지식들을 하나하나 맞춰나간 겁니다.

• 전하는 전기장을 만들고, 그 전기장은 전하에서 시작되거나 끝난다 (가우스의 전기 법칙). 마치 외톨이처럼 혼자 존재하는 전하(+나 -)가 있다는 뜻이죠.
• 자기장은 항상 N극과 S극 쌍으로 존재하고, 혼자 떨어진 자기 홀극은 없다 (가우스의 자기 법칙). 자석은 아무리 잘라도 N극, S극이 같이 붙어 다니는 이유!
• 자기장이 변하면 전기장이 만들어진다 (패러데이의 전자기 유도 법칙). 덕분에 우리는 발전소에서 전기를 쓸 수 있죠.
• 전류가 흐르면 주변에 자기장이 생긴다 (앙페르의 주회 법칙). 전선에 전류가 흐르면 나침반 바늘이 움직이는 신기한 현상!

여기까지는 기존의 법칙들을 멋지게 정리한 수준이었어요. 하지만 맥스웰 할아버지는 여기서 멈추지 않았습니다. 뭔가 중요한 пазл 하나가 빠져있다는 걸 귀신같이 알아챈 거죠!

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신의 한 수, 그리고 빛의 탄생 예언

맥스웰 할아버지는 번뜩이는 아이디어를 떠올립니다. "자기장이 변해서 전기장이 만들어진다면 (패러데이 법칙), 반대로 전기장이 변해도 자기장이 만들어지지 않을까?" 이 혁명적인 생각을 앙페르 법칙에 살짝궁 더해준 겁니다. 이게 바로 그 유명한 '변위 전류' 개념!
이 마지막 조각이 딱 맞춰지자, 놀라운 그림이 펼쳐지기 시작했습니다. 전기장이 흔들리면 자기장이 생기고, 그 생긴 자기장이 또 흔들리면서 전기장을 만들고... 마치 파도처럼 전기장과 자기장이 서로를 밀고 당기면서 공간으로 쭉쭉 퍼져나가는 현상이 수학적으로 딱! 예측된 거죠. 이것이 바로 그 유명한 **'전자기파'**의 탄생 순간입니다!
여기서 끝이 아니에요. 맥스웰 할아버지는 이 전자기파의 속도를 한번 계산해 봤는데... 세상에! 그 값이 당시까지 알려져 있던 **빛의 속도(초속 약 30만 킬로미터)**와 거의 똑같은 거예요! 이 순간, 인류는 깨달았습니다. "아하! 빛이라는 건, 바로 이 전자기파의 일종이었구나!" 눈에 보이는 빛뿐만 아니라, 라디오파, TV 전파, 심지어 엑스선까지 모두 같은 가족이라는 놀라운 사실까지 예언해 버린 거죠!

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4줄의 마법이 만든 놀라운 세상

맥스웰 방정식은 그냥 책상 위 이론으로 끝난 게 아니었어요. 그의 이론이 나온 지 얼마 안 돼서 하인리히 헤르츠라는 과학자가 실제로 전자기파(라디오파)를 만들어내는 실험에 성공합니다. 그리고 이 발견을 바탕으로 마르코니가 무선 통신을 발명하면서, 우리의 삶은 완전히 새로운 시대로 접어들게 됩니다.
라디오, TV, 레이더, 와이파이, 블루투스, 스마트폰... 우리가 지금 너무나 당연하게 사용하는 이 모든 기술들이, 150여 년 전 한 천재 과학자가 끄적였던 4줄의 방정식에서 시작되었다는 사실! 정말 놀랍지 않나요?
"인류 역사상 19세기의 가장 중요한 사건이 뭐냐고 묻는다면, 나는 주저 없이 맥스웰의 전자기 법칙 발견이라고 말할 겁니다."라는 유명한 물리학자의 말처럼, 그 4줄의 방정식은 세상을 바꾼 가장 강력하고 아름다운 마법이었던 겁니다.