윌리엄 길버트

생애

길버트는 에식스주의 콜체스터에서 1544년 5월 24일에 태어났다. "길버트"(Gilbert)는 후세의 영어 철자법에 따라 쓴 표기로, 원래 표기는 "길버드"(Gylberde)이다. 그는 지역에 있는 고전문법학교(중, 고등학교)를 마치고, 1558년에는 케임브리지 대학교에 진학하였다. 그의 어린 시절에 대해서는 크게 알려진 바가 없지만, 몇몇 기록에 따르면 옥스퍼드 대학교에서도 공부했다고 한다. 1560년 학사과정을 마친후에는 케임브리지 대학교의 세인트존스 칼리지(St John's College)에서 교육을 받았다. 이후, 1569년 케임브리지 대학교에서 석사학위와 박사학위를 받은 후, 그는 런던으로 약학을 공부하기 위해 떠났다.
1573년 길버트는 영국 왕립내과협회(College of Physicians)의 회원으로 당선되었다. 길버트는 왕립내과협회에서 매우 좋은 평가를 받았으며, 무척 성공적이였기 때문에 1599년 회장으로 선출 되면서 좋은 시기를 보냈다. 1601년 부터 그의 죽음 1603년도 까지 그는 엘리자베스 1세의 주치의로 지냈으며 여왕이 죽자 후계자인 제임스 1세는 그의 업적을 되새겨주며 내과의사로 지명하였다. 그러나 몇 달 지나지 않아서 1603년 12월 길버트는 생애를 마감하였다.

지자기

길버트는 그의 대부분의 시간을 지구의 자기에 대한 연구에 쏟아 부었다. 나침반이 중국에서 발명되고, 널리 보급 되면서 나침반의 바늘이 북극을 가리키는 이유에 대한 많은 의견이 제시되어왔다. 그 당시의 사람들의 생각에는 나침반이 북극을 가리키는 이유가 북극성 혹은 북극 근처에 있는 매우 커다란 자석으로 이루어진 섬 으로 인해서라고 생각했었다. 하지만 이러한 얘기들과 달리 윌리엄 길버트는 지구자체가 큰 자성체라고 설명하며, 그의 생각이 담긴 지구 모형을 '작은 지구' 라는 의미에서 "테렐라"(Terrella)라고 이름 붙였다. 그는 그의 테렐라 모형에 대한 많은 실험들에 대해 기술해 놓았는데, 그 실험들의 결과 '지구는 하나의 거대한 자석이며, 이것이 나침반이 항상 북쪽을 가리키는 이유이다' 라는 결론에 도달하게 된다. 이는 지금으로서도 옳은 주장이며, 그 당시로서도 지금까지의 생각들을 뒤엎는 주목할 만한 이론이었다.

천문학

자석들 사이에 작용하는 힘들에 관한 연구를 하면서, 그는 달이 지구를 도는 일도 자석들 사이에서 작용하는 힘과 비슷한 이유에서 일 것이라고 생각했다. 이는 그 때까지 받아들여지던 고대의 아리스토텔레스의 우주 모형과 맞지 않는 입장이었다. 길버트의 생각을 알게 된 요하네스 케플러는 길버트의 생각을 기반으로 그의 유명한 업적인 케플러의 법칙을 만들어내게 된다.

전기

길버트는 또한 《자석에 관하여》에서 호박에 의해 발생하는 정전기에 대해 연구하였다.
길버트는 그리스어로 호박을 뜻하는 단어인 "그리스어: ήλεκτρον 엘렉트론"에서 전기를 "라틴어: electricus 엘렉트리쿠스"라고 이름붙였다. 이 이름은 오늘날 유럽 언어에서 그대로 쓰이고 있다.

태양중심설

《자석에 관하여》의 제3장에서 길버트는 당시 이단으로 취급받았던 태양중심설을 옹호하였다. 길버트는 아리스토텔레스와 같이 우주에 매우 커다란 크기의 천구가 존재하여 모든 별들이 지구를 중심으로 돈다고 하는 지구중심설은 매우 터무니 없는 주장이며, 오히려 작은 크기의 지구가 도는 태양중심설이 더 이치에 맞는 설명이라고 주장하였다.
길버트가 태양중심설의 신봉자가 된 계기는 자신의 자기에 대한 관심이 필연적이면서도 약간 추론적으로 천상(天上)에까지 이어졌다. 그 추론은 바로 행성들이 자기에 의해 태양을 중심으로 궤도를 유지하고 있다는 생각이었다.(이러한 생각은 후에 케플러에게 영향을 미쳤다. 케플러에게 미친 영향은 아래를 참조.) 이러한 길버트의 독창성은 태양중심설에 대한 논의에서 그 빛을 발했다. 회전하는 지구의 흔들림이라는 관점에서 분점의 세차를 얼마나 쉽게 설명할 수 있는지, 그리고 지구에 중심을 둔 수정 천구의 관점에서 그 현상을 설명하기가 얼머나 어려운지를 강조했다. 또한 길버트는 지구에서의 별들의 거리는 서로 다르고, 여러 행성들을 거느리고 있는 태양과 같은 천체들이 있을 수 있다고 주장하기도 했다.

델라포르타

16세기, 길버트 이외에도 자석과 자력에 대해 폭넓게 실험적으로 연구한 사람이 또 있었는데, 그 인물이 바로 후기 르네상스의 잠바티스타 델라포르타(Giambattista Della Porta, 1535-1615 추정) 였다. 이탈리아 나폴리의 귀족 가문에서 태어난 델라포르타는 프톨레마이오스의 《알마게스트를 라틴어로 번역하고, 1593년에는 《굴절광학에 대하여》De Refractione Optics를 썼으며 극작가로서도 33편의 희극 및 비극을 남겼다.
하지만 이런 업적들 중에서도 가장 눈여겨 보아야 할 것은 델라포르타의 주요 저서인 《자연마술》이다.총 20권으로 이루어져 있는 자연마술의 증보개정판은 1589년 출판되었으며 라틴어, 이탈리아어, 프랑스어 등 각국의 언어로 번역되어 16~17 세기 사이 유럽전역에 걸쳐 많이 읽히게 된 책이다.'자연마술' 이라는 책의 제목과 달리, 이 책은 전체적으로 비교적(秘敎的)인 마술의 주요 사항만을 논한 책이 아니다. 그렇다고 본격적인 자연학 책이라고 할 수도 없고, 오히려 플리니우스의 [박물지]에 가까운 책이다. 다양하고 희귀한 이야기나 도움이 되는 이야기를 채록해 무질서하게 나열한 것이다.
20권의 책들 중 길버트와 관련해서 보아야 할 것은 자연마술 제 7권 '자석의 불가사의함에 대하여'(De miraculis magnetis) 라는 표제대로 자석과 자력에 대한 책이다. 그는 이 책에서 철에 대한 자석의 인력뿐만 아니라 자화 능력도 원격작용에 있다는 것을 암시하고, 그 힘이 거리와 함께 감소한다는 사실을 지적했다. 이 처럼 르네상스의 마술 사상은 델라포르타에 의해 근대 자연과학을 향한 힘찬 발걸음을 내딛게 된다.
시기적으로 윌리엄 길버트의 《자석에 관하여》보다 델라 포르타의 《자연마술》이 더 앞섰음에도 불구하고, 자기와 자석에 관한 업적 속에서 델라 포르타는 잊혀진 반면 윌리엄 길버트는 많은 명성을 남기고 있다. 하지만 이는 델라 포르타의 업적이 과소평가된면이 존재한다. 예를 들어, 현대의 많은 역사가 들이 자석에 열을 가하면 자력이 상실된다는 사실을 발견한 공로를 길버트에게 돌리고 있지만, 델라 포르타 또한 그와 같은 실험을 했었다. 그는 열이 나는 자석을 '철의 오일' 즉 '화성의 크로커스(Crocus Martis)'에 담그면 자력이 강화된다는 파라켈수스의 주장이 잘못된 것일 뿐 아니라, 오히려 그것에 의해 자력이 파괴된다는 것을 실험적으로 최초로 증명해 보였다. 이 외에도 많은 자석과 자력에 관한 실험들을 행하였지만, 르네상스의 마술 사상을 가지고 있었다는 이유로 그것들 또한 대부분 공로가 길버트 혹은 다른 과학자들에게 돌아갔다.
길버트는 델라포르타의 자석 연구를 다음과 같이 평했다.
아주 최근 결코 범속하지 않은 철학자 델라포르타가 《자연마술》 제7권에 자석에 대한 기이한 현상을 모두 모아놓았다. 하지만 그는 자석의 운동에 대해서는 거의 알지 못했고 그와 같은 것을 본 적도 없었다. 베니스의 성직자인 베드로 사도에게서 배웠거나 자기 자신의 관찰을 토대로 쓴 자석의 힘에 대한 글들은, 몇몇을 제외하면 그다지 정확하지도 주의 깊지도 않다. 이 책은 잘못된 실험 투성이이다. 그러나 내가 그를 평가하는 것은 그토록 대단한 주제를 직접 다루려고 했다는 것이며, 더욱 상세히 조사해볼 만한 계기를 마련했다는 점이다.
이처럼 길버트는 델라포르타의 《자연마술》을 과소평가했다. 하지만, 길버트의 책에서 델라포르타는 아리스토텔레스 다음으로 많이 등장하는 이름이다. 이를 통해 보았을 때, 델라포르타가 길버트를 포함한 자석과 자기에 관한 과학의 발전에 기여했다는 것은 분명한 사실이다.

비르켈란과 지자기 모형의 발전

길버트 사후 약 300년 뒤, 노르웨이의 과학자인 크리스티안 비르켈란(노르웨이어: Kristian Birkeland)은 테렐라 모형을 더 발전시켰다. 크리스티안 비르켈란(노르웨이어: Kristian Birkeland)은 1895년 경에 오로라를 설명하려 하였다. 그는 이 현상을 설명하기 위해서, 테렐라 모형을 더욱 발전시키게 되는데, 그의 모형을 시뮬레이션 하기 위해서 구형 자석을 사용한다. 그는 오로라가 생기는 이유가 지구의 자기장과 상호 작용하는 입자들 때문이라고 생각하여 이를 축소한 모형을 통해 실험으로 옮기게 된다. 진공탱크 속에 구형 자석을 넣어놓고, 그 구형 자석에 음극선을 쏘았을 때 테렐라의 극 주위에서 오로라 처럼 불빛이 반짝이는 현상을 관측하게 된다. 그리고 여러가지 요인들(탱크 속의 잔류 가스, 입자들의 경로)을 고려하여 그 현상을 자세히 분석한다. 하지만 왜 실제 오로라가 북극 가까운 곳에서는 나타나지 않는지 그는 알지 못했다.
테렐라는 지구의 자기권에 해당한다. 비르켈란은 구형 자석에 쏜 음극선에 해당하는 것이 태양에서 오는 전자라고 생각했고, 이는 태양의 흑점의 활동과 관련 된 것이라고 생각했다.
그 이후에도 테렐라 모형에 관한 많은 실험들이 많은 과학자들을 통해 이루어졌다. 하지만 위와같이 구형 자석을 이용한 실험으로는 실제 지구에 작용하는 여러 가지 변수들을 실제 단위와 똑같이 재현하고 제어하기 어렵기 때문에, 요즘에는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 실험을 한다.

길버트 이후의 전자기학

길버트에 의해 전기와 자기로 나뉜 전자기학은 19세기 초까지 별도의 분야로 인식되고 있었다. 그러나 19세기 초, 모든 과학 분야에 걸쳐 눈부신 발전을 이루면서, 이 인식 또한 바뀌기 시작한다. 전기와 자기가 모두 전하의 작용으로 인한 현상이라는 것이 밝혀지면서, 전기학과 자기학은 전자기학으로 통합되어 우리 주위의 자연 현상들과 물질의 성질을 이해하는데 아주 중요한 역할을 하게 된다.
길버트가 그의 저서 《자석에 관하여》에 담은 내용들을 전기학 혹은 자기학 이라고 부를만한 내용들은 아니었다. 하지만 길버트로 인해 많은 사람들이 전기와 자기에 대해 관심을 갖게 되었고, 많은 과학자들의 그의 체계적인 실험방식들을 이어받아 더욱 더 전기와 자기 분야를 발전시키게 되었다.