제3권 · Chapter 2: 자기와 전자기 유도

1. 자기장

1-1. 자석과 자기장

냉장고 문에 붙은 수수께끼

냉장고 문에 메모를 붙여본 적이 있는가?

동그란 자석을 가져다 대면, 손을 놓아도 종이가 떨어지지 않는다. 자석과 냉장고 사이에는 분명히 아무것도 없다 — 줄도 없고, 접착제도 없고, 공기 말고는 아무것도 보이지 않는다. 그런데 무언가가 자석을 잡아당기고 있다.

더 신기한 것은 이것이다. 막대자석 두 개를 가져다가 한쪽 끝끼리 가까이 대보면, 어떤 조합에서는 강하게 끌어당기고, 다른 조합에서는 마치 보이지 않는 쿠션이라도 있는 것처럼 강하게 밀어낸다. 손가락 사이로 자석이 '통통' 튕겨나가는 그 느낌 — 분명 눈에 보이지 않는 무언가가 자석 주변의 공간에 존재하고 있다.

이 '보이지 않는 무언가'의 정체는 무엇일까?

"자석은 왜 철을 잡아당기는가? 그리고 그 힘은 어디서 오는가?"

사실 이 질문은 인류가 2,600년 넘게 품어온 수수께끼다. 고대 그리스의 철학자 탈레스(Thales)는 기원전 600년경, 소아시아의 마그네시아(Magnesia) 지방에서 나는 검은 돌이 철 조각을 끌어당기는 것을 보고 깊이 놀랐다고 전해진다. 이 신비한 돌의 이름은 마그네타이트(magnetite, 자철석)였고, 바로 이 지명에서 magnet(자석)이라는 단어가 탄생했다.

그런데 놀라운 사실이 하나 있다. 우리는 이미 이런 '보이지 않는 힘'을 한 번 만난 적이 있다. 바로 직전 Chapter에서 배운 전기력이다! 전하와 전하 사이에도 눈에 보이지 않는 힘이 작용했고, 우리는 그것을 전기장이라는 개념으로 이해했다.

그렇다면 자석의 힘도 같은 방식으로 이해할 수 있을까? 자석 주변에도 어떤 '장(field)'이 존재하는 것일까?

답부터 말하면 — 그렇다. 그리고 이 이야기는 결국 전기와 자기가 하나로 통합되는 물리학 역사상 가장 아름다운 이야기로 이어진다. 하지만 먼저, 자석 자체를 제대로 이해하는 것부터 시작하자.