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전기자기론 1 
한국연구재단 학술명저번역총서1 ㅣ 제임스 클러크 맥스웰, 구자현(具滋賢) ㅣ 한길사
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2021년 09월 24일
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9788935663637/8935663638
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  • 전기와 자기와 빛의 본질을 확립한 물리학의 고전 제임스 클러크 맥스웰, 전기와 자기를 밝히다 현대 전자기학의 기초를 놓은 인물로 추앙받고 있는 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831~79)은 19세기 영국 물리학자로서 빛의 본질을 밝히고 전자기 문명을 활짝 열었다. 흔히 뉴턴의 『자연철학의 수학적 원리』(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)와 쌍벽을 이루는 것으로 묘사되는 『전기자기론』(Treatise on Electricity and Magnetism)은 7년에 걸쳐 집필된 세기적 걸작이며 과학의 역사에서 가장 주목할 만한 고전으로서, 전기와 자기와 빛의 본질을 밝힌 탁월한 업적이다. 19세기에 처음으로 그 본질을 이해하게 된 전기와 자기는 인류 역사에서 가장 소중한 프로메테우스의 불이다. 고대 그리스 밀레토스의 탈레스가 보석 호박을 천으로 문지르면 먼지나 머리카락을 끌어당긴다는 것을 발견했다는 것이 전기에 대한 최초의 기록이라면, 동아시아에서 언제나 남쪽을 가리키는 특별한 지남철을 상세하게 다루었던 심괄의『몽계필담』은 자기에 대한 가장 오래된 기록이다. 그러나 그 신비한 현상, 전기와 자기의 본질이 무엇인지, 그리고 그것을 어떻게 실용적인 목적으로 이용할 수 있을지, 나아가 전기와 자기와 빛에 대한 가장 최신의 정확하고 세련된 이론이 무엇인지 등의 문제는『전기자기론』을 통해 체계적으로 밝혀졌다. 맥스웰의 전자기학은 양자역학의 출현 이후에도 계속 중요한 역할을 하고 있으며 맥스웰이 『전기자기론』에서 선구적으로 사용한 에너지 보존 개념, 해밀턴 동역학, 벡터분석법은 이후 물리학의 진로를 지시했고 지금도 물리학에서 중요하게 다루고 있다. 『전기자기론』에 주목해야 하는 이유다.
  • 맥스웰이 확립한 전기와 자기의 일반 이론 맥스웰은 앙페르(Andr? Marie Amp?re)와 베버(Wilhelm E. Weber)의 원격작용에 의한 전기역학이 불완전하다고 생각하고 패러데이(Michael Faraday)의 실험 연구와 ‘장’(場, field) 개념에 입각한 전자기 현상에 대한 통합적 이해 노력에 자극받아 연속 매질의 작용을 고려하는 통합적인 수학적 전자기학 이론의 구축에 매진했다. 이러한 노력으로 맥스웰은 1864년에 전자기장의 동역학적 이론으로 유명한 맥스웰의 기본 방정식을 이끌어냈고 1873년에 이러한 연구를 모두 담아낸 걸작 ?전기자기론?을 출판했다. 『전기자기론』에서 무엇보다 주목할 만한 것 중 하나는 이른바 맥스웰의 방정식이라 불리는 일련의 방정식들이 어떤 모습으로 나타나는가 하는 점일 것이다. 뉴턴의 고전역학이 F=ma라는 식 하나로 요약되다시피 하는 것처럼, 전기와 자기에 관련되는 현상에 대한 이론, 즉 전자기학도 어떤 점에서는 맥스웰의 방정식으로 요약된다고 할 수 있기 때문이다. 전기와 자기(磁氣) 이론에서 가장 중요한 과제는 다름 아니라 “퍼져나감(전달)이 일어나는 방식에 대한 ‘일관된 표현’을 구성하는 것”이었다. “따라서 이 모든 이론은 퍼져나감이 일어나는 매질의 개념에 이르게 된다. 이 매질을 하나의 가설로 받아들인다면, 우리의 연구에서 두드러진 위치를 차지해야 한다고 나는 생각한다. 또한 그 작용의 모든 구체적인 부분을 논리적 표현으로 구성하려고 노력해야 한다고 생각한다. 이것이 이 논저에서 내가 줄곧 견지했던 목표였다.”(『전기자기론』, 866절) 결국 맥스웰의 전기와 자기에 관한 이론은 전자기마당의 이론이었으며, 이 논저가 시종일관 추구해 온 것은 바로 이 전자기마당의 여러 가지 측면에 대한 ‘논리적 표현’(mental representation)으로 구성하는 것이었다. 맥스웰의 전자기학의 논의는 역학적인 토대에 입각해서 이루어졌고 매질의 역할을 전자기 현상의 핵심으로 보았기에 이에 대한 많은 관심을 할애했으며 유전체 매질에서 변위 전류(displacement current) 개념의 제시는 그의 독특한 관점을 잘 반영하는 것이었다. 그의 이론에 따라 전자기파의 존재가 예측되었고 그것의 전파 속도는 빛의 속도와 같다는 것도 유도되었다. 결국 독일의 물리학자 헤르츠(Heinrich Hertz)에 의해 1888년에 전자기파가 검출됨으로써 맥스웰의 전자기학은 강력한 지지 기반을 확보했다. 맥스웰의 전자기 이론은 여러 추종자들에 의해 보완·?변형되었고 물질의 미시적 구조에 대한 이해를 추구할 미시적 물리학의 길을 예비했다. 뿐만 아니라 맥스웰의 전자기학의 당연한 귀결인 광속 일정의 법칙은 시공간에 대한 아인슈타인의 새로운 이해의 초석이 되었으며 뉴턴의 질점 및 힘의 역학을 대신하는 장 물리학의 개념을 창출함으로써 편미분 방정식을 사용하여 물리적 상태를 기술하는 방법이 이후 양자역학, 특히 슈뢰딩거의 파동역학에서 채용되는 길을 마련했다. 이러한 맥스웰의 장 물리학적 개념은 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 중력장을 다루는 데에도 토대가 되었으며 두 가지의 독립적인 장 개념, 즉 전자기장과 중력장을 통합하려는 통일장 이론의 대두에도 영향을 미쳤다. 맥스웰은 ?전기자기론?을 저술한 목적을 분명하게 밝힌다. 그것은 기존의 확립된 동역학(動力學, dynamics) 분야의 개념에 준하도록 전자기 현상의 수학적 이론을 구축하는 것이다. 이 과정에서 관찰 및 측정된 양들이 이론의 전개를 위한 확고한 기초로 기능할 것임을 명백히 한다. “나는 전자기의 수학적 이론을 위한 데이터를 얻고 어떻게 이 이론이 현상의 계산에 적용될 수 ...
  • 빛의 본질을 밝히고 전자기 문명을 열다 | 책을 내면서 | 김재영 맥스웰의 전자기 연구와 『전기자기론』 | 구자현 1판 서문 2판 서문 3판 서문 총론 양의 측정에 관하여 제1부 정전기학 제1장 현상의 서술 제2장 정전기의 기본 수학 이론 제3장 도체계에서 전기가 하는 일과 에너지 제4장 일반 정리 제5장 두 전기계 사이의 역학적 작용 제6장 평형점과 평형선에 관하여 제7장 간단한 경우의 등퍼텐셜면과 유도선의 형태 제8장 전기화의 단순한 경우들 제9장 구면 조화 함수 제10장 공초점 2차 곡면 제11장 전기 영상과 전기 반전 이론 제12장 2차원 켤레 함수 이론 제13장 정전기 기구 제2부 전기운동학 제1장 전류 제2장 전도와 저항 제3장 접촉하는 물체 사이의 기전력 제4장 전기분해 제5장 전해 분극 제6장 선형 전류 제7장 3차원 전도 제8장 3차원에서 저항과 전도율 제9장 불균질 매질을 통한 전도 제10장 유전체의 전도 제11장 전기 저항의 측정 제12장 물질의 전기 저항에 관하여 찾아보기 도판
  • 제임스 클러크 맥스웰 [저]
  • James Clerk Maxwell, (1831-1879) 19세기 영국 물리학자로서 현대 전자기학 이론의 기초를 놓은 인물로 추앙받고 있다. 맥스웰은 1831년에 스코틀랜드 에든버러에서 태어났고 1847년에 에든버러 대학에 입학했고 1850년에는 케임브리지 대학으로 옮겼으며 1854년에 수학 우등졸업시험(Mathematical Tripos)에서 차석(second wrangler)으로 졸업한 후, 트리니티 칼리지의 펠로우가 되어 수력학과 광학 강의를 담당했다. 1856년에는 에버딘 대학 물리학 교수가 되었고 1860년에는 런던 킹스 칼리지로 자리를 옮겨 1865년까지 있었다. 이후 1871년에 케임브리지 대학의 실험 물리학 교수로 초빙되었으며 1874년에는 신설 캐번디시 연구소의 초대 소장이 되었다.
  • 구자현(具滋賢) [저]
  • 서울대학교 물리학 학사와 서울대학교 대학원 과학사 석사 및 박사 학위를 취득했으며, 현재 영산대학교 성심교양대학 교수로 재직하고 있다. 과학과 음악의 관계, 과학 수사학에 대한 연구를 주로 하고 있다. 주요 저서로 『공생적 조화1:9 세기 영국의 음악 과학』 『음악과 과학의 만남: 역사적 조망』 『음악과 과학의 길: 본질적 긴장』 『소리의 얼굴들』 『음악적 아름다움의 근원을 찾아서』 『Landmark Writings in Western Mathematics, 1640-1940』『과학과 인문학의 융합: 19세기 음향학의 수사학적 분석』 『앨프레드 메이어와1 9세기 미국음향학의 발전』 『호모 무지쿠스는 뇌로 음악을 듣는다』 등이 있고, 번역서로 『자연에 대한 온전한 이해』 등이 있다.
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