이 후 여러 사람들에 의해 전기와 자기에 대한 새로운 발견과 지식이 급속히 증가하였다. 스코틀랜드 태생인 제임스 클러크 맥스웰(1831~1879)은 ① 전류와 시변(時變) 전기장(電氣場)이 자기장(磁氣場)을 형성한다는 앙페르의 법칙 ② 시변(時變) 자기장이 전기장을 발생하다는 패러데이의 법칙 ③ 전기장에 대한 가우스 법칙 ④ 자기장에 대한 가우스 법칙을 수학식(맥스웰 방정식)으로 정리하여, 방정식의 해(解)를 구해본 결과 빛의 속도로 진행하는 전자기적(電磁氣的) 파동이 존재함을 수학적으로 증명했다(1864년 <전자기장에 과한 역학 이론>).
전기(電氣)와 자기(磁氣)를 독립적으로 다룰 수 없고, 통합적으로 다루어야 함을 깨닫게 된 것이다.
뉴턴이 운동법칙을 발견한 것은 (갈릴레이와 케플러의) 실험과 관찰 결과를 통합적으로 설명할 수 있는 수학식(數學式)과 만유인력을 발견한 것이지만, 맥스웰은 실험과 관찰이 아니라 방정식을 푼 답으로부터 전자기파의 존재를 예측한 것이다.
독일 태생의 하인리히 루돌프 헤르츠(1857~1894)가 1887년 전자기파의 존재를 실험을 통하여 확인하였다. 이어서 이탈리아 태생 굴리엘모 마르코니(1874~1937)가 1901년 대서양횡단 무선통신에 성공하였다.
아인슈타인은 이렇게 말했다고 한다. “맥스웰에 의해 과학의 한 시대가 끝나고 새로운 시대가 시작되었다.”

물질과 에너지는 등가이다
알버트 아인슈타인(1879-1955)은 1905년 발표한 논문을 통하여 ‘물질과 에너지가 같다는 이론’을 주장하여 핵에너지 이용의 길을 열었다.
‘물질과 에너지가 등가’라는 사실은 실험이나 관찰을 통하여 법칙을 발견하고 그 법칙을 나타내는 수학식을 발견한 것이 아니라, 수학식을 먼저 발견하고 실험을 통하여 증명한 것이다.
아인슈타인의 ‘물질과 에너지가 등가’라는 주장은 1940년대 핵실험에 의해 입증되었다.

과학이 다른 학문 분야와 다른 특징(수학으로 말한다)
지금까지 살펴 본 ① 만유인력과 뉴턴의 운동 법칙, ② 전자기파, ③ 물질과 에너지의 등가에 대하여 정리해보기로 하자.
①은 실험과 관찰을 통하여 획득한 자료를 설명하는 법칙을 표현하는 수학식을 발견한 것이며, ②는 전기자기 법칙을 나타내는 몇 개의 수학식으로부터 유도한 새로운 수학식으로부터, 빛의 속도로 이동하는 전기자기적 파동이 존재함과 빛도 전기자기적 파동임을 예측하고, 실험을 통하여 전기자기적 파동의 존재를 확인한 것이고, ③도 발견해 낸 수학식으로부터 법칙을 찾고, 실험을 통하여 그 법칙이 사실임을 증명한 것이다.
②와 ③은 실험이나 관찰을 통하여 법칙(수학식)을 발견한 것이 아니라, 수학식(법칙)으로부터 그 존재를 예측하고 실험을 통하여 사실임을 확인 한 것이다.
②와 ③은 그 존재 여부를 알지도 못하기 때문에 관찰을 할 수도, 실험을 계획하여 수행 할 수도 없다.
②와 ③의 발견은 그 법칙을 수학식으로 표현하였기 때문에 가능했으며, 과학의 독특한 특징 중 하나라고 할 수 있다.
과학은 인간이 경험적으로 인식하기가 거의 불가능한 자연 현상과 법칙도 찾아내는 경이로운 방법이다. 그 경이로운 방법의 수단이 수학이라고 할 수 있다.

아인슈타인

실증주의

산업혁명과 기술의 발전
자연철학의 사변적(思辨的) 방법이 (자연)과학의 실증적(實證的) 방법으로 변화한 사건을 과학혁명이라 한다면, 18세기 중엽 영국에서 시작한 산업혁명은 수공업적 산업을 (기계를 이용한) 자본주의적 공장제 산업으로 변화시켰다.
영국에서 시작한 산업혁명은 유럽으로 미국으로 전파되었으며, 후에는 일본으로 까지 전파되었다.
과학혁명과 과학과 기술의 발전, 산업혁명은 인간 사회를 혁명적으로 변화시켰으며, 그 변화는 현재 진행형으로 지속되고 있다.
청아출판사 발행 <이야기 세계사> 2권에서 과학과 기술의 발전이 이성 신뢰의 사상인 실증주의를 탄생시킨 이야기를 들어 보기로 하자.

미션21 phj2930@nate.com