실험과 실천 — 패러데이의 지하 실험실에서 제2차 산업혁명까지

1. 제본공 견습생의 위대한 발견

과학사에서 계층적 출발점과 지적 성취 사이의 간극이 이토록 극적인 인물은 드물다. 마이클 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)는 런던 뉴잉턴버츠에서 가난한 대장장이의 아들로 태어나, 정규 교육 없이 제본공 견습생으로 사회에 첫발을 내디뎠다. 그가 왕립연구소의 험프리 데이비(Humphry Davy)의 조수가 된 것은 순전히 우연이 촉발한 기회였다 — 데이비가 실험 중 눈 부상을 입어 도움이 필요해졌고, 마침 기존 조수가 폭행 사건으로 해고된 상태였다. 패러데이는 이 우연을 놓치지 않았다.

 

1821년, 패러데이는 외르스테드와 앙페르의 연구를 이해하기 위해 수은을 담은 유리 용기로 독자적 실험을 고안했다. 자석이 고정된 수은 용기 속에 전선을 매달고 전류를 흘리자 전선이 자석 주위를 원형으로 회전했다. 전기 에너지가 기계적 운동 에너지로 전환된 순간 — 세계 최초의 전기 모터의 탄생이었다.

햄프턴 코트에 있는 패러데이 하우스는 패러데이가 1858년부터 1867년까지 살았던 곳이다.

 

그로부터 정확히 10년 후, 패러데이는 그 역방향 원리를 입증했다. 1831년 8월, 그는 코일에 감긴 관 속으로 막대 자석을 앞뒤로 통과시키면 코일에 전류가 발생한다는 것을 발견했다. 회전하는 자석이 주위를 감싼 도선 코일에 전류를 유도한다 — 이것이 발전기의 원리였다. 패러데이는 전기 산업이 지닐 두 가지 근본 축을 동시에 현실화한 것이다 — 전기는 운동을 낳고, 운동은 전기를 낳는다.

 

알베르트 아인슈타인은 자신의 서재 벽에 아이작 뉴턴·제임스 클러크 맥스웰과 나란히 패러데이의 초상을 걸어두었다. 어니스트 러더퍼드는 "그의 발견들의 규모와 범위, 그리고 과학과 산업에 대한 영향을 고려할 때, 패러데이를 기리는 어떤 영예도 지나치지 않다"고 평했다.

---

2. 그람 발전기 — 실험실에서 공장으로

패러데이의 전자기 유도 발견 이후 수십 년간, 전기 모터와 발전기는 실험실의 시연 장치이거나 기껏해야 구경거리 수준에 머물렀다. 산업 규모의 전기 공급에는 안정적이고 강력한 직류 발전기가 필요했다.

 

이 과제를 해결한 것이 벨기에의 독학 기술자 제노브 그람(Zénobe Gramme, 1826~1901)이었다. 그람은 1871년 파리 과학아카데미에 자신의 직류 발전기를 발표했다. 링 형태의 전기자(Gramme ring)를 핵심으로 한 이 발전기는 기존 설계보다 훨씬 안정적이고 높은 전압을 생산할 수 있는, 산업 현장에서 처음으로 상업적으로 활용 가능한 발전기였다.

 

그리고 1873년 빈 만국박람회에서 예기치 못한 발견이 일어났다. 그람의 파트너 이폴리트 폰테인이 실수로 구리선을 이용해 그람의 발전기를 500미터 떨어진 다른 발전기에 연결했다. 그러자 두 번째 발전기의 축이 자발적으로 회전하기 시작했고, 이 회전력이 수동 펌프를 구동했다. 발전기에 전류를 공급하면 역으로 전동기(모터)로 작동한다는 전기기계의 가역성(reversibility)이 실증된 것이었다. 패러데이가 원리를 증명하고, 그람이 산업화했으며, 폰테인의 우연한 실수가 그 양방향성을 확인했다.

---

3. 에디슨의 전구와 제2차 산업혁명

1879년 토머스 에디슨의 백열전구 발명과 1882년 뉴욕 펄 스트리트(Pearl Street)에 설립된 최초의 중앙 발전소는 대규모 전기 분배가 현실적으로 가능함을 입증했다. 공장의 야간 조업이 가능해졌고, 증기기관과 개별 기계를 연결하는 복잡한 벨트·치차 전동 시스템을 전기 모터가 대체하기 시작했다. 공장 설계의 철학이 바뀌었다 — 동력을 전선을 통해 원하는 곳에 정밀하게 보낼 수 있게 되었기 때문이다.

토머스 에디슨의 멘로 파크 연구소(1929년 그린필드 빌리지에 지어진 복제 건물) 2층이다.

 

이 전환은 역사에서 흔히 '제2차 산업혁명'으로 불리는 새로운 성장 국면을 열었다. 그리고 이 국면은 이전과 다른 지리적 분포를 갖추었다. 증기 시대에 뒤처졌던 독일과 미국 같은 후발 산업국들이 전기 기술을 플랫폼 삼아 빠르게 성장했다. 증기 시대의 선두 주자 영국이 구축했던 기술적·경제적 주도권은 서서히 흔들리기 시작했다. 기술의 물결은 먼저 탄 자보다 가장 잘 적응한 자를 선호한다는 역사의 오랜 교훈이 다시 한번 확인되는 순간이었다.

 

패러데이의 지하 실험실에서 깜박이던 첫 번째 전기 모터의 회전 불꽃은, 반세기 만에 대륙을 가로질러 공장을 밝히고, 전차를 달리게 하고, 통신망을 구성하는 문명 전환의 에너지가 되었다. <끝>