# 뉴턴은 이중 프리즘 실험을 통해 ‘색은 서로 다른 빛 입자가 서로 다른 진동을 일으켜 만들어낸 현상’이라는 것을 규명했다. 그 이전 만해도 순수한 백색광(빛)이 프리즘을 통과하면서 변형돼 무지개색이 나타난다는 것이 정설이었다.
# 엠마누엘 티모니는 천연두 예방접종법을 보급한 인물이다. 티모니는 그리스 민간의술에서 유래한 종두법을 영국 왕립학회에 소개했다. 천연두 환자 고름을 바늘에 묻혀 건강한 사람 혈관에 넣는 예방법이다. 이는 현대 천연두 백신 시초가 됐다.
# 18세기 중반까지만해도 사람들은 번개가 초자연적인 현상이라고 생각했다. 그러나 프랭크린은 번개가 전기와 동일하다는 가설을 세우고, 이를 입증했다. 연을 이용해 구름속 전기를 지상으로 끌어내린 후 그 본성이 전기처럼 찌릿하다는 것을 확인했다.
국립중앙과학관(관장 김주한)이 2년간 준비한 ‘뉴턴과 세상을 바꾼 위대한 실험들’전이 인기다. 2월 28일까지 전시한다.
200~400년전 영국 근대과학 탄생과 발달 과정을 희귀 진품유물 등을 통해 확인할 수 있다. 이들 유물은 현대과학의 토대가 됐다.
세계 최초 과학 학술단체인 영국왕립학회가 소장한 과학자료와 세계 최초로 소개되는 영국 국보급 왕실유물 등 희귀 과학유물 183점이 공개되고 있다.
영국왕립학회(The Royal Society)는 영국 왕실이 공인한 세계에서 가장 오래된 과학기술 분야 학회다. 미래 유망 분야 연구지원과 과학기술 대중화 활동을 수행하고 있다. 영국 왕실로부터 매년 지속적인 후원을 받고 있다. 역대 주요 회원으로는 아이작 뉴턴, 찰스 다윈, 마이클 패러데이, 알버트 아인슈타인 등이 있다.
◇ 제1관 세상을 바꾼 위대한 실험 공개
영국왕립학회 태동과 활동을 보여주는 전시관이다. 세계 최초 과학학술지 및 뉴턴 ‘ 프린키피아’ 등의 과학사물과 뉴턴의 ‘ 이중프리즘 실험’ 등 세상을 바꾼 10가지 위대한 실험 관련 17~19세기 희귀 자료들이 전시되고 있다.
왕립학회는 세계에서 가장 오래된 과학학회다. 1660년 영국 런던 자연철학자들과 물리학자들이 만든 ‘보이지 않는 대학’이란 모임이 기원이다. 관찰과 실험 반복이 주된 모토였다.
서신교환과 출간으로 왕립학회 과학자들과 그들의 활동이 세상에 알려졌다. 학회 서기인 헨리 올덴버그가 구상하고 편집한 세계최초 과학학술지 철학회보가 1665년 창간됐다.
왕립학회는 첫 출판물로 그동안 보지 못했던 미세세계를 현미경으로 관찰하고 묘사한 로버트 훅의 연구보고서 ‘마이크로그라피아’를 출간했다.
세계에서 가장 영향력있는 서적 중의 하나인 ‘프린카피아’를 발행했다. 이 프린카피아를 이번 전시에서는 e-북으로 선보이고 있다.
10가지 위대한 실험도 패널과 본사본, 실제 실험 장비 구현 등을 통해 체험해 볼 수 있다.
△실험1 아이작 뉴턴의 이중 프리즘 실험(Sir Isaac Newton and the double prism experiment(1672))
아이작 뉴턴의 ‘이중 프리즘 실험’은 빛과 색깔에 관한 관념을 근본적으로 바꾼 뉴턴의 결정적 실험이다. 이 실험을 통해 뉴턴은 ‘백색광은 서로 다른 굴절률을 지닌 광선들로 구성되어 있다’는 것을 입증했다.
△실험2 엠마누엘 티모니와 천연두 예방접종(Emanuel Timoni(and others) smallpox inoculation(1713-14))
천연두는 오랜 기간 인류를 공포에 떨게 만든 전염병이었다. 엠마뉴엘 티모니는 종두법 시술을 시도했다. 종두법 부작용을 방지하기 위해 에드워드 제너(Edward Jenner)는 천연두보다 훨씬 경미한 우두로 바꾸는 실험을 성공시켰다. 이 실험이 오늘날 예방접종 기원이 됐다.
△실험3 아브라함 트랑블레의 담수폴립(Abraham Trembley and the freshwater polyp(1742))
담수 폴립의 발생과 생식 방법을 알아내기 위해 트랑블레는 히드라 조직 여러 부분을 칼로 잘라, 잘라진 히드라 조직이 완전한 히드라로 재생된다는 사실을 발견했다. 이는 20세기에 들어 생명 복제의 원리를 담고 있는 DNA 그리고 생물 발생과 생식이론이 발전, 오늘날 생물 연구에 지대한 영향을 끼친 역사적인 발견이다.
△실험4 벤자민 프랭클린의 ‘필라델피아 실험’(Benjamin Franklin and the `Philadelphia Experiment(1752))
번개와 전기가 동일하다는 가설을 입증하기 위한 실험이다. 구름 속 번개를 연을 이용해 인위적으로 지상으로 끌어 내린 후 그 본질을 확인했다. 프랭클린은 전기를 단순한 호기심에서 과학적 연구로 전환했다. 전기에 대한 이론적 연구에 크게 기여했다.
△실험5 윌리엄 허셜의 적외선 복사 실험(Sir William Herschel and infra-red radiation(1800))
뉴턴의 이중 프리즘 실험 이후 빛이 여러 색깔로 이뤄져 있다는 사실이 알려졌지만 눈에 보이지 않는 빛의 영역에 대해서는 밝혀진 것이 없었다.
햇빛을 프리즘으로 분해해 색깔 별로 방출하는 열의 정도를 온도계로 관측한 결과 햇빛도 열을 방출한다는 사실을 알아냈고 붉은 색의 빛이 많을수록 열도 더 많이 방출한다는 것을 발견했다.
허셜의 적외선 발견은 여러 광학산업의 시작에 결정적인 역할을 했다. 빛의 성질을 이용한 기구들이 제작되는데 기여했다.
△실험6 헨리 캐번디시의 중력 측정 실험(Henry Cavendish and the measure of gravity(1798))
1789년 화학자이자 물리학자인 캐번디시는 지구 밀도 측정에 대한 논문을 작성했다. 캐번디시 실험은 납으로 만든 구 사이에 작용하는 중력을 측정한 실험이다. 지진학자 존 미첼(John Michell)의 기구를 사용해 둥근 추를 실로 매달아 놓은 비틀림저울이 이용됐다.
추 사이에 작용하는 인력에 의해서 이 실이 미세하게 회전했고 이 실험은 지구의 무게를 재는 실험으로 널리 알려졌다. 캐번디시 실험은 일정한 질량을 가진 두 개의 구 사이에 작용하는 인력을 측정함으로써 뉴턴이 주장한 만유인력이 존재함을 실험적으로 입증했다.
△실험7 토마스 영의 이중슬릿 실험(Thomas Young and the double-slit experiment(1804))
토마스 영의 가장 중요한 업적은 빛의 파동 이론을 수립한 것이다. 1800년대 빛의 파동이론을 증명하는 많은 이론적 근거를 제시했고 이론을 확인할 수 있는 2가지 증명방법을 개발했다.
잔물결을 일으키는 기계로 물결파동의 관계 사이의 간섭현상이 나타남을 보여줬다.‘이중슬릿 실험’을 통해 파동으로써 빛의 간섭현상을 나타남을 입증했다.
△실험8 마이클 패러데이와 패러데이 효과: 빛과 전기의 상관성( Michael Faraday on light and electromagnetism `Faraday effect`(1845))
패러데이는 물리학에서 전자기장에 대한 기본적인 개념을 확립하는 직류가 흐르는 도체 주위 자기장에 대한 연구를 진행했다. 자성이 광선에 영향을 미칠 수 있다는 것과 그들 사이의 근본적인 관계가 있다는 것을 확립했다. 전자기 유도, 반자성 현상, 전기 분해의 법칙의 원리에 대한 발견을 했다. 그가 발명한 전자기 회전 장치는 전기 모터의 근본적 형태가 됐다. 이를 계기로 전기를 실생활에 사용할 수 있게 됐다.
△실험9 토머스 앤드루스와 제임스 톰슨의 가스 액화 실험(Thomas Andrews, James Thomson and the liquefaction of gases(1869))
토머스 앤드루스는 물리화학자로 기체와 액체 상 변화에 대해 연구하고 임계 온도 개념을 발견했다. 임계온도를 발견하고, 기체가 액화하는 순간을 관찰해 같은 물질의 존재 양식이 다른 것에 불과하다는 것을 증명했다.
앤드루스 실험은 이산화탄소 상변화 곡선을 완성하는 중요한 정보를 제공했다. 이산화탄소 액화 사업은 최근 그린 에너지 산업으로 각광을 받고 있다.
△실험10 한스 가이거와 어니스트 마르스덴의 금박 실험 (Hans Geiger, Ernest Marsden and the gold foil experiment(1909))
이 금박 실험은 ‘러더퍼드 실험’으로 알려져 있다. 원자핵 발견에 크게 기여했다. 얇은 금박에 알파입자를 쏘는 실험을 통해, 가장 작은 단위인 줄 알았던 원자에 원자핵이 있음을 알아냈다.
실제로 이 실험을 한 사람들은 그의 조교였던 어니스트 마르스덴과 한스 가이거였다. 알파입자가 가벼운 전자를 흩어버리고 원자를 그대로 통과할 것이라고 예상했지만 소수의 알파 입자는 통과하지 못하고 뒤쪽으로 튀어나왔다.
◇만유인력 아이작 뉴턴의 방
제1관 한켠에 만들어놨다. 1관을 다 둘러본뒤 동선을 따라가면 볼수 있다.
만유인력을 발견한 아이작 뉴턴의 주요 유물 6점을 선보이고 있다.
아이작 뉴턴은 1642년전 영국 한 농가에서 태어난 과학자이자 천문학자다. 가난했던 탓에 초등학교를 4년늦은 12살에 입학했다. 당시 친구도 없고, 싸움만 하는 등 학교생활에 잘 적응하지 못했다. 그러나 당시 교장이던 헨리 스톡스 눈에 뉴턴의 재능이 눈에 들어왔다. 스톡스는 이 때부터 용기를 불어넣어주며, 칭찬과 격려를 아끼지 않았다.
이때부터 뉴턴은 달라졌다. 성적도 쑥쑥올랐다. 해시계와 생쥐를 이용한 풍차 등을 만들었다.
그 당시 뉴턴이 살던 집 벽에 그려놨던 해시계를, 그 집을 사들인 인물이 떼어 팔았다고 한다. 그 해시계가 이번에 전시되고 있다.
이후 뉴턴은 캠브리지 대학교 트리니티 칼리지에 입학했다. 여기서 뉴턴은 수학자 아이작 베로 지도를 받으며 케플러의 굴절광학, 데카르트의 해석기하학, 월리스의 무한의 산수 등을 탐독했다. 이때 수학과 광학, 천문학, 물리학의 중요한 발견을 할 수 있는 토대를 쌓았다.
이 전시회에서는 뉴턴이 발명한 반사망원경도 볼수 있다. 그동안은 굴절 망원경을 현미경으로 썼으나 빛이 산란해 대상물이 왜곡돼 보이는 단점이 있었다. 이를 거울 2개로 만든 반사 망원경으로 극복했다. 이후 반사망원경이 과학계에 주류 장비로 자리 잡았다.
뉴턴의 실제 머리카락도 볼수 있다. 뉴턴 머리카락은 은백색이었다. 현재 몇가닥을 일부 대학서 연구중인 것을 제외하고 남아있는 50~100가닥을 전세계에서 유일하게 이번 전시회에서 공개 중이다.
뉴턴이 만유인력을 발견했던 생가옆 사과나무 조각도 들여왔다. 생가 구입자가 죽은 사과나무 조각을 잘라 접시 받침대로 팔던 것이다. 이 조각은 지난 2010년 미 우주왕복선 아틀란티스에 실려 무중력 실험을 하는데 이용 됐던 그 사과나무 조각이다.
이외에 데스마스크와 초상화를 볼 수 있다.
◇ 제2관 ‘과학과 그 찬란함’을 보다
특별관을 지나 2관으로 가는 벽면에는 세상을 바꾼 여성과학자들이 전시돼 있다. 단백질 결정학 발전에 기여한 도로시 호지킨 영국 생화학자, 라듐을 발견한 마리퀴리, 3개의 성운과 8개의 혜성을 발견한 캐롤라인 허설 천문학자 등이 있다.
2관은 영국 국립과학관 소장품으로 1700년대 영국 과학실험 도구와 장치를 볼 수 있다. 국왕 조지 3세가 수집한 138점의 영국 왕실 소장품이 주류다. 이 유물들은 300여년 만에 영국을 떠나 세계 최초로 우리나라에서 공개된다. 18세기 과학사를 조명해주는 귀중한 보물들이다.
시간과 항해, 측량, 광학, 전기, 온도와 물질, 천문, 역학, 공기역학 등 8개 주제로 나눠 전시하고 있다.
윌리엄 허셜의 천체망원경, 코페르니쿠스식 혼천의 등 1700년대 과학을 문화로 향유한 영국의 과학실험 기구를 볼 수 있다.
조지3세는 어린시절 뷰트 백작 보호아래 웨일즈 궁에 머물면서 자연과학에 대해 관심을 갖게 됐다. 조지3세는 1760년에 왕위 계승과 함께 당시 최초의 태양계 운동을 설명하는 ‘태양계의’(Orrery)와 같은 과학장비를 상속받으며 관련 장비를 수집하기 시작했다.
당시 조지3세가 소장했던 과학기구와 시연장치들을 다수 볼수 있다.
존 로저 아놀드의 크로노미터는 정교한 시간측정 장치다.
팔분의도 있다. 1734년 발명됐다. 해와 별의 고도를 찾는데 사용되는 기구다. 이 모델을 통해 관찰자 위도와 현지 시간을 표에서 추론해 낼 수 있다.
소장품을 들여다보면, 사회상과 밀접한 관련이 있다. 탐험과 무역이 중요해진 18세기, 항해에 대한 관심을 알 수 있다. 해시계, 사분의 등 전통적 항해 기구들이 발명됐다.
또 토지관리와 지도제작이 중요해 지면서 정확한 측량이 중요한 과제로 대두됐다. 경의위, 수준의, 나침반 등이 널리 보급됐다.
코페르니쿠스식 혼천의도 볼수 있다. 18세기 천문학 발달 수준이 그대로 담겨 있다.
◇제3관 체험의 장
200~300년 전의 배경 속에서 위대한 실험들을 재현해보는 체험과 과학사를 다룬 영상을 상영한다.
전시장을 찾아온 관람객들에게 영상 및 체험프로그램을 제공, 과학적 이론을 몸소 느낄 수 있다.
10가지 위대한 실험 이론을 공부하고 체험할 수 있는 교육, 체험 프로그램을 구성돼 있다.
근대 과학사 및 과학 이론을 전시와 연계해 수업을 진행하고 위대한 과학자들의 삶과 이들의 업적 및 근대 과학사에 대한 영상을 상영한다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com
