존 틴들
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1. 개요
존 틴들은 아일랜드 출신의 물리학자, 과학 교육자, 등반가이다. 그는 열 복사, 특히 온실 효과에 대한 선구적인 연구를 수행했으며, 기체 흡수 분광법 개발에 기여했다. 틴들은 수증기가 대기 중 가장 강력한 복사열 흡수체임을 밝혀 온실 효과를 증명했고, 틴들 효과와 세균 포자를 제거하는 틴들화를 발견했다. 또한 알프스 산맥 등반을 통해 바이츠호른 초등정과 마터호른 첫 종주에 참여했으며, 과학 대중화에도 힘썼다.
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| 존 틴들 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 이름 | 존 틴들 |
| 원어 이름 | John Tyndall |
| 출생 | 1820년 8월 2일 |
| 출생지 | 로호린브리지, 카를로, 아일랜드 |
| 사망 | 1893년 12월 4일 |
| 사망지 | 헤이즐미어, 서리 주, 잉글랜드 |
| 학력 | |
| 모교 | 마르부르크 대학교 |
| 지도 교수 | 로베르트 분젠 헤르만 크노블라우흐 |
| 경력 | |
| 직업 | 물리학자, 화학자, 등반가 |
| 직장 | 왕립 연구소 케임브리지 대학교 |
| 업적 | |
| 주요 연구 분야 | 물리학 화학 |
| 주목할 만한 제자 | 미하일로 푸핀Pupin, Michael. From immigrant to inventor. — New York, London: Charles Scribner's Sons, 1949. — p. 200. — 396 p. |
| 수상 | |
| 개인 정보 | |
| 기타 정보 | |
| |
| APS 회원 | 1868년 |
2. 생애
존 틴들은 아일랜드 출신의 저명한 물리학자이자 열정적인 등산가였다. 그는 빛이 콜로이드 용액을 통과할 때 산란되는 현상인 틴들 현상을 발견한 것으로 가장 잘 알려져 있다. 또한 적외선 방사 연구를 통해 온실 효과의 원리를 밝히는 데 기여했으며, 반자성체에 대한 중요한 연구도 수행했다.
등산가로서 틴들은 과학 연구, 특히 알프스 빙하 연구를 목적으로 산을 올랐다. 그는 1861년 8월 19일 알프스 산맥의 바이소른을 최초로 등정했으며, 마터호른 최초 등정을 두고 에드워드 윔퍼와 경쟁하기도 했다. 비록 초등정은 1865년 윔퍼에게 돌아갔지만, 틴들은 1868년 마터호른을 최초로 종주하는 기록을 세웠다.
그의 과학적 업적은 널리 인정받아 1852년 왕립 학회 회원으로 선출되었고,[86] 왕립 학회로부터 1853년 로열 메달, 1864년 럼퍼드 메달을 수상했다.[86] 또한 1855년 이후 여러 차례 베이커리언 메달을 받고 기념 강연을 했다. 그의 이름을 기리기 위해 1987년 존 틴들상이 제정되었다.
2. 1. 초기 생애와 교육
존 틴들은 아일랜드 리린브리지, 카운티 카로우에서 태어났다. 그의 아버지는 1670년경 아일랜드 남동부에 정착한 글로스터셔 이민자의 후손으로, 지역 경찰 순경이었다. 틴들은 10대 후반까지 카운티 카로우의 지역 학교(Ballinabranna 초등학교)에 다녔으며, 마지막에는 조교 교사로 일했을 가능성이 있다. 학교에서는 특히 제도와 수학을 배웠고, 이를 토지 측량에 적용하기도 했다.1839년, 틴들은 아일랜드 측량국에 제도사로 취직했고, 1842년에는 영국 측량국으로 자리를 옮겼다. 1840년대는 철도 건설이 활발했던 시기로, 틴들의 토지 측량 경험은 철도 회사들에게 매우 유용했다. 그는 1844년부터 1847년까지 철도 건설 계획 관련 업무를 맡으며 상당한 수입을 올렸다.[4][5]
1847년, 틴들은 햄프셔에 있는 기숙 학교인 퀸우드 칼리지에서 수학과 측량 교사가 되기로 결심했다. 그는 훗날 "지적으로 성장하고자 하는 열망이 나를 떠나지 않았고, 철도 사업이 주춤해지자 1847년에 퀸우드 칼리지의 교사직을 받아들였다"고 회고했다.[6] 퀸우드에는 에드워드 프랭클랜드라는 또 다른 젊은 교사가 있었는데, 그는 이전에 영국 지질 조사소에서 화학 실험 조교로 일한 경험이 있었다. 프랭클랜드와 틴들은 금세 친해졌다.
프랭클랜드의 정보를 바탕으로, 그들은 더 깊이 있는 과학 교육을 받기 위해 독일 유학을 결심했다. 당시 독일의 특정 대학들은 실험 화학과 물리학 분야에서 영국 대학들보다 앞서 있었기 때문이다. (영국 대학들은 여전히 고전과 수학 교육에 치중하고 실험 과학에는 소홀했다.) 1848년 여름, 그들은 독일로 건너가 로베르트 분젠의 명성을 듣고 마르부르크 대학교에 입학했다. 틴들은 분젠 밑에서 2년간 공부했다.[7]
마르부르크에서 틴들에게 더 큰 영향을 준 인물은 헤르만 크노블라우흐 교수였다. 틴들은 이후 여러 해 동안 편지를 주고받으며 그와의 관계를 이어갔다. 틴들은 1850년, 프리드리히 루드비히 슈테그만의 지도로 나사 표면의 수학적 분석에 관한 논문을 완성했다. 이후 틴들은 크노블라우흐와 함께 자성 연구를 하며 독일에서 1년을 더 보냈고, 크노블라우흐의 스승인 하인리히 구스타프 마그누스의 베를린 연구소를 방문하기도 했다. 분젠과 마그누스는 당시 최고의 실험 과학 교육자로 평가받았다. 따라서 1851년 여름 영국으로 돌아왔을 때, 틴들은 아마 영국 내 누구보다도 뛰어난 실험 과학 교육을 받은 상태였다.
2. 2. 과학 연구 활동
틴들의 초기 물리학 연구는 1850년부터 1856년까지 진행한 자성 및 반자성 극성에 대한 실험이었다. 그는 크노블라우흐와 함께 두 편의 중요한 논문을 발표했는데, 특히 1850년 5월에 발표된 "결정의 자기 광학적 성질, 자기와 반자성이 분자 배열과 갖는 관계"는 그의 초기 연구를 대표한다. 이 연구들은 독창적인 실험과 해석을 담고 있어, 틴들은 곧 당대 주요 과학자들 사이에서 명성을 얻었다.[8]이러한 성과를 바탕으로 그는 1852년 왕립 학회 회원으로 선출되었다.[86] 당시 저명한 과학자들의 추천을 받아, 1853년에는 런던 왕립 연구소의 자연 철학 (물리학) 교수라는 명망 있는 자리에 임명되었다. 이는 특히 마이클 패러데이가 그의 연구를 높이 평가한 덕분이었다. 패러데이는 당시 왕립 연구소에서 자기 연구를 이끌고 있었다.[9] 약 10년 후, 틴들은 패러데이가 은퇴하면서 그의 직위를 계승하게 되었다.
물리학자로서 틴들의 가장 널리 알려진 업적은 빛이 콜로이드 용액을 통과할 때 산란되어 빛의 경로가 보이는 현상인 틴들 현상을 발견한 것이다. 이 외에도 적외선 방사 연구를 통해 온실 효과의 원리를 이해하는 데 기여했으며, 반자성체에 대한 연구에서도 중요한 업적을 남겼다.
틴들은 또한 뛰어난 등산가이기도 했다. 그의 등산은 단순한 취미를 넘어 알프스 빙하를 연구하려는 과학적 목적을 가지고 있었다. 그는 1861년 8월 19일 알프스 산맥에서 5번째로 높은 봉우리인 바이소른을 최초로 등정하는 데 성공했다. 또한, 마터호른의 최초 등정을 두고 에드워드 윔퍼와 경쟁했으며, 1862년에는 정상에서 약 230m 아래 지점까지 도달했다. 비록 최초 등정은 1865년 윔퍼에게 돌아갔지만, 틴들은 1868년 마터호른을 최초로 종주하는 기록을 세웠다.
그의 과학적 공헌을 인정받아 왕립 학회로부터 1853년 로열 메달, 1864년 럼퍼드 메달을 수상했으며,[86] 1855년 이후 여러 차례 베이커리언 메달을 받고 기념 강연을 하기도 했다.
2. 3. 등반가로서의 활동
1856년 과학적인 이유로 알프스 산맥을 처음 방문한 틴들은 이후 선구적인 산악 등반가로 활동하게 되었다. 그는 1856년부터 거의 매년 여름 알프스를 찾았으며, 1861년에는 바이츠호른 정상에 오른 최초의 등반팀 일원이 되었다.[10] 또한, 1862년에는 마터호른 정상 등정을 시도하여 정상 약 230m 아래 지점까지 도달했으며, 에드워드 윔퍼가 1865년 초등정에 성공한 이후인 1868년에는 마터호른의 첫 종주에 성공한 팀을 이끌었다. 그의 이름은 빅토리아 시대 중반, 알프스의 어려운 봉우리들이 처음으로 정복되던 시기인 "알피니즘의 황금기"와 깊은 관련이 있다.[10]
틴들이 알프스를 등반한 주된 목적은 물리학자로서 빙하, 특히 빙하 운동을 연구하기 위함이었다. 그의 빙하 흐름에 대한 설명은 다른 연구자들, 특히 제임스 데이비드 포브스와 논쟁을 불러일으켰다. 빙하 운동에 대한 초기 연구 상당 부분은 포브스가 수행했지만, 그는 당시 마이클 패러데이가 발견한 재빙 현상을 알지 못했다. 재빙 현상은 틴들의 설명에서 핵심적인 역할을 했으나, 포브스는 이를 다르게 해석했다. 논쟁은 누가 어떤 연구의 공로를 인정받아야 하는지에 대한 공개적인 의견 불일치로 더욱 복잡해졌다. 포브스와 그의 지지자들은 대부분의 과학적 업적에 대한 공로가 포브스에게 돌아가야 한다고 생각했지만, 틴들은 공로가 더 폭넓게 인정되어야 한다고 주장했다. 틴들은 "반유체 운동의 아이디어는 전적으로 루이 렁두에게 속하며, 중앙부의 더 빠른 흐름 증명은 부분적으로 렁두에게, 거의 전적으로는 루이 아가시와 포브스에게 속한다. 바닥에서의 감속 증명은 포브스에게만 속하며, 최대 운동 지점의 위치 발견은 아마도 나에게 속한다고 생각한다"고 말했다.[11] 포브스와 틴들이 세상을 떠난 후에도 이 논쟁은 각자의 공식 전기 작가들에 의해 이어졌지만, 합의는 이루어지지 못했다. 빙하 운동의 일부 측면은 여전히 완전히 이해되거나 증명되지 않은 상태로 남아 있다.
2. 4. 과학 교육 및 대중화
존 틴들은 과학자일 뿐만 아니라 과학 교사이자 과학의 대변인이었다. 그는 일반 대중에게 과학을 알리는 데 상당한 시간을 할애했다. 그는 런던의 영국 왕립 연구소(Royal Institution)에서 비전문가 청중을 대상으로 수백 차례의 공개 강연을 했다.[48] 1872년 미국에서 공개 강연 투어를 했을 때, 과학자가 아닌 많은 사람들이 빛의 본질에 대한 그의 강연을 듣기 위해 돈을 지불했다.[49] 당시 틴들의 명성을 보여주는 전형적인 언급은 1878년 런던 출판물에서 나온 것이다. "패러데이의 선례를 따라, 틴들 교수는 독창적인 연구와 정확하고 건전하게 과학을 가르치는 것뿐만 아니라 과학을 매력적으로 만드는 데 성공했다.... 그가 왕립 연구소에서 강연할 때 극장은 사람들로 붐빈다."[50] 틴들은 교사라는 직업에 대해 "더 높고, 더 고귀하고, 더 축복받은 소명이 있다는 것을 알지 못한다"라고 말했다.[51]
그의 가장 큰 청중은 궁극적으로 그의 책을 통해 얻었으며, 대부분 전문가나 전문가를 위해 쓰여지지 않았다. 그는 12권이 넘는 과학 서적을 출판했다. 1860년대 중반부터 그는 튜토리얼 작가로서의 기술과 노고 덕분에 세계에서 가장 유명한 생존 물리학자 중 한 명이 되었다. 그의 책 대부분은 독일어[53] 와 프랑스어[54] 로 번역되었으며 그의 주요 튜토리얼은 수십 년 동안 그 언어로 출판되었다.
그의 교육적 태도를 보여주는 지표로서, "어린 청중"을 위한 200페이지 분량의 튜토리얼 책인 ''물의 형태'' (1872)의 마지막 부분에서 독자에게 보내는 그의 마무리 발언은 다음과 같다. "내 친구여, 우리의 노력은 여기서 끝을 맺습니다. 당신과 오랫동안 함께 할 수 있어서 진정한 기쁨이었습니다. 우리는 땀을 흘려 우리의 작업이 놓여 있는 높은 곳에 종종 도달했지만, 당신은 모든 경우에 내 힘에 의존하기보다는 자신의 근육을 사용하여 꾸준하고 부지런했습니다. 때때로 나는 팔을 뻗어 당신을 턱으로 도왔지만, 등반의 작업은 거의 전적으로 당신의 것이었습니다. 저는 모든 것을 당신에게 가르치고 싶지 않습니다. 이익이 되는 노력을 하는 방법을 보여주면서, 노력은 당신에게 맡깁니다.... 우리의 과제는 충분히 명확해 보이지만, 당신과 나는 사실과 단호하게 싸워 그 의미를 밝혀내야 했던 적이 얼마나 많았는지 압니다. 그러나 이제 작업이 끝났고, 당신은 자연을 충실히 연구하여 얻은 확실하고 분명한 지식의 조각을 마스터했습니다.... 그러므로 이제 우리는 헤어집니다. 그리고 다시 만나지 못하더라도, 이 날들의 기억은 우리를 여전히 하나로 묶을 것입니다. 당신의 손을 잡으세요. 안녕."[55]
또 다른 지표로서, 그의 350페이지 튜토리얼인 ''소리'' (1867)의 첫 번째 단락은 다음과 같다. "다음 페이지에서 저는 음향 과학을 특별한 과학적 소양을 갖지 않은 사람들을 포함하여 모든 지적인 사람들에게 흥미롭게 만들려고 노력했습니다. 이 주제는 실험적으로 다루어졌으며, 저는 각 실험을 독자 앞에서 그가 실제 작동하는 것처럼 인식할 수 있도록 배치하려고 노력했습니다." 이 책의 3판 서문에서 그는 이전 판이 중국 정부의 비용으로 중국어로 번역되었고 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)(음향 과학 분야의 거물)의 감독하에 독일어로 번역되었다고 보고했다.[56] 그의 첫 번째 출판된 튜토리얼은 빙하에 관한 것이었고 (1860), 유사하게 다음과 같이 언급되어 있다. "이 책은 특별한 과학적 소양을 갖지 않은 지적인 사람들에게 흥미를 주려는 의도로 쓰여졌다."
그의 가장 널리 찬사를 받은 튜토리얼이자 아마도 그의 가장 많이 팔린 책은 550페이지의 ''열: 운동의 한 형태'' (1863; 1880년까지 개정판)였다. 이 책은 최소 50년 동안 출판되었으며,[57] 오늘날에도 출판되고 있다. 제임스 클러크 맥스웰이 1871년에 말했듯이, 이 책의 주요 특징은 "과학[열]의 교리가 잘 선택된 설명 실험을 통해 마음에 강하게 각인된다"는 것이다.[58]
틴들의 가장 긴 튜토리얼 세 권, 즉 ''열'' (1863), ''소리'' (1867), ''빛'' (1873)은 쓰여진 당시 최첨단 실험 물리학을 대표했다. 그 내용의 많은 부분은 각 주제에 대한 이해에서 최근의 주요 혁신이었으며, 틴들은 그것들을 더 많은 청중에게 처음으로 소개한 작가였다. "최첨단"의 의미에 대해 한 가지 주의 사항이 필요하다. 이 책들은 실험실 과학에 전념했고 수학을 피했다. 특히, 무한 소 미적분은 전혀 포함되어 있지 않았다. 미분 방정식을 포함한 무한 소 미적분을 사용한 수학적 모델링은 당시 열, 빛 및 소리에 대한 최첨단 이해의 구성 요소였다.
2. 5. 종교와 과학의 분리
틴들이 활동하던 시대의 진보적이고 혁신적인 영국 물리학자들 중 상당수는 종교 문제에 있어서는 보수적인 입장을 유지했다. 예를 들어, 제임스 줄, 밸푸어 스튜어트, 제임스 클러크 맥스웰, 조지 가브리엘 스토크스, 켈빈 경 등 당대의 저명한 물리학자들은 종교와 과학이 조화될 수 있다고 믿었으며, 이를 뒷받침하려 노력했다. 그러나 틴들은 이들과 다른 길을 걸었다. 그는 토머스 헨리 헉슬리가 주도한 X 클럽의 일원으로서, 찰스 다윈의 진화론을 적극적으로 지지하고 종교와 과학 사이의 명확한 분리를 주장했다. X 클럽에는 틴들과 평생 친구였던 헉슬리 외에도 화학자 에드워드 프랑클랜드, 수학자 토머스 아처 허스트, 사회 철학자 허버트 스펜서 등이 참여했다.
틴들은 헉슬리만큼 철학적 논쟁 전면에 나서지는 않았지만, 과학적 지식과 합리성이 종교적 믿음이나 영성의 영역과 분리되어야 한다는 생각을 대중에게 알리는 데 중요한 역할을 했다.[59] 1874년, 영국 과학 진흥 협회 회장으로 선출된 틴들은 그해 벨파스트에서 열린 연례 회의에서 행한 기조 연설을 통해 자신의 입장을 분명히 밝혔다. 그는 이 연설에서 진화론의 역사를 긍정적으로 평가하며 다윈의 이름을 20번 이상 언급했고, 종교적 감정이 "지식이 명령하는 영역"을 침범해서는 안 된다고 주장했다. 이 연설은 큰 파장을 일으켰다. 영국, 아일랜드, 북미, 심지어 유럽 대륙의 신문들이 이를 주요 기사로 다루며 격렬한 논쟁이 벌어졌다. 이러한 논쟁은 역설적으로 진화론자들의 입장을 널리 알리고 주류 담론으로 끌어올리는 데 기여했다.[60]
당시 교황 비오 9세는 1864년 발표한 ''오류 목록''에서 "이성이 인간 지식의 궁극적인 기준"이라는 생각과 성경의 "신의 계시가 불완전하다"는 주장을 오류로 규정하고, 이를 주장하는 자는 파문되어야 한다고 선언했다. 또한 1888년에는 "합리주의의 근본 교리는 인간 이성의 우월성이며, 이는 신성하고 영원한 이성에 대한 복종을 거부하고 자신의 독립성을 선포하는 것"이라 비판하며, "무조건적인 사상, 언론, 출판 또는 종교의 자유를 요구하고 옹호하는 것은 완전히 불법"이라고 밝혔다.[61] 이는 과학적 합리성과 탐구의 자유를 중시했던 틴들의 신념과 정면으로 배치되는 것이었다. 다행히 틴들은 영국 내에서 교황청의 직접적인 압력에 직면할 필요는 없었다. 오히려 이탈리아에서는 헉슬리와 다윈이 명예 메달을 받는 등, 당시 이탈리아 지배층 다수는 교황청에 비판적인 입장이었다.[62]
그러나 틴들이 살았던 시기, 아일랜드에서는 로마 가톨릭교회의 영향력이 점점 커지고 있었으며, 신자들은 더욱 교조적이고 정치적으로 조직화되는 경향을 보였다. 틴들은 1886년부터 1893년까지 아일랜드 가톨릭교도들에게 더 많은 자치권을 부여하는 문제(아일랜드 자치 운동)에 대해 영국 내에서 벌어진 논쟁에 적극적으로 참여했다. 그는 대부분의 19세기 아일랜드 출신 과학자들처럼 아일랜드 자치에 반대하는 입장이었다. 틴들은 이 문제에 대해 매우 강경한 견해를 가지고 있었으며, 이를 신문 기고와 팜플렛을 통해 적극적으로 피력했다.[63] 예를 들어, 1890년 12월 27일자 ''The Times'' 기고문에서 그는 아일랜드의 사제들과 가톨릭교를 "이 운동의 핵심"으로 지목하며, 비가톨릭 소수파를 "사제 무리"의 지배 아래 두는 것은 "말로 표현할 수 없는 범죄"라고 주장했다.[64] 그는 영국의 주요 과학 학회들이 아일랜드 자치 법안이 과학 발전에 해가 된다는 성명을 내도록 설득하려 했으나 성공하지 못했다.[65]
틴들은 그의 저서 ''비과학인을 위한 과학 단편''에 실린 여러 글을 통해 기도의 효능에 대한 맹목적인 믿음에 의문을 제기하기도 했다. 그러나 동시에 그는 종교 자체를 전면적으로 부정하는 극단적인 입장을 취하지는 않았다.[66][67]
많은 독자들은 틴들을 확고한 불가지론자로 해석하지만,[68][69][70][71][72][73][74] 그 스스로 명확하게 불가지론자임을 밝힌 적은 없다.[66][67] 틴들의 이러한 입장은 1867년에 처음 언급하고 1878년에 다시 반복한 다음 발언에서 잘 드러난다: "물질과 힘의 현상은 우리의 지적 범위 안에 들어온다... 그러나 그 뒤, 위, 그리고 우리 주변에는 우주의 진정한 미스터리가 풀리지 않은 채 남아 있으며, 우리와 관련하여 해결할 수 없다... 머리를 숙이고, 우리 모두, 사제와 철학자, 모두의 무지를 인정하자."[66] 이는 인간 이성의 한계를 인정하면서도 과학적 탐구를 중시했던 그의 태도를 보여준다.
2. 6. 말년
틴들은 55세가 되어서야 결혼했다. 그의 신부는 클로드 해밀턴 경(국회의원)의 30세 된 딸인 루이자 해밀턴이었다. 이듬해인 1877년, 그들은 스위스 알프스의 벨알프에 여름용 샬레를 지었다. 결혼 전 틴들은 오랫동안 왕립 연구소의 위층 아파트에서 살았고, 1885년 그와 루이자가 런던에서 남서쪽으로 약 72.42km 떨어진 해즐미어 근처의 집으로 이사할 때까지 결혼 후에도 그곳에서 계속 살았다. 결혼 생활은 행복했고, 아이는 없었다. 그는 건강이 좋지 않다는 이유로 66세에 왕립 연구소에서 은퇴했다.틴들은 대중적인 저서 판매와 강연료로 재정적으로 넉넉해졌다(하지만 그가 상업적 특허를 소유했다는 증거는 없다). 수년 동안 그는 몇몇 준 정부 기관의 과학 자문위원으로 활동하며 상당한 수입을 올렸고, 그 수입의 일부를 자선 단체에 기부했다. 1872년 미국에서의 성공적인 강연 투어로 상당한 액수의 달러를 벌었는데, 그는 이 돈을 모두 미국 과학 발전을 위한 기금에 즉시 기부했다.[75] 만년에는 그의 기부금이 아일랜드 연합주의 정치 운동에 가장 많이 사용되었다.[76] 그가 사망했을 때 그의 재산은 22122GBP였다.[77] 비교를 위해 당시 런던의 경찰관 연봉은 약 80GBP였다.[78]
말년에 틴들은 종종 수면 장애를 치료하기 위해 클로랄 수화물을 복용했다. 병상에 누워 쇠약해진 그는 1893년 73세의 나이로 이 약물을 과다 복용하여 사망했으며[79], 해슬미어에 묻혔다.[80] 과다 복용은 그의 아내 루이자가 실수로 투여한 것이었다. 틴들은 무슨 일이 일어났는지 깨닫고 "내 사랑, 당신이 당신의 존을 죽였어."라고 말했다.[81]
이후 틴들의 아내는 그의 서류를 소유하고 그에 대한 공식적인 전기의 감독자를 자처했다. 그러나 그녀는 이 프로젝트를 미루었고, 그녀가 1940년 95세의 나이로 사망했을 때도 아직 미완성이었다.[82] 그 책은 결국 루이자 틴들이 사망 직전에 승인한 A. S. 이브와 C. H. 크리지가 집필하여 1945년에 출판되었다.
존 틴들은 그가 휴가를 보냈던 벨알프 마을 위 산비탈 2340m 고도에 세워진 기념관(Tyndalldenkmalde)과 그가 연구했던 알레치 빙하를 볼 수 있는 곳에서 기념된다.[83]
3. 주요 업적
존 틴들은 오라스 베네딕 드 소쉬르, 조제프 푸리에, 클로드 푸이에, 윌리엄 홉킨스 등의 연구를 바탕으로 햇빛이 지구 복사(따뜻해진 지구가 방출하는 적외선)보다 대기를 더 쉽게 통과한다는 개념, 즉 온실 효과에 주목했다. 1859년, 그는 마체도니오 멜로니가 고안한 열전퇴를 사용하여 다양한 기체의 열복사 흡수 및 방출을 측정하는 차등 흡수 분광법을 개발했다.[15][16] 그는 실험을 통해 석탄 가스와 에테르가 복사열을 강하게 흡수하며, 대기가 태양열 유입은 허용하지만 지구로부터의 열 방출(유출)은 막아 행성 표면에 열이 축적되는 경향이 있음을 증명하며 온실 효과 개념을 실험적으로 확인했다.[16][19]
틴들의 복사 에너지 연구는 다양한 분야로 확장되었으며, 주요 결과는 다음과 같다.
- 대기 기체의 적외선 흡수 측정: 틴들은 열전퇴를 이용한 초기 기체 흡수 분광법의 선구자로서[20], 질소, 산소, 수증기, 이산화 탄소, 오존, 메탄 등 대기 중 여러 기체의 상대적인 적외선 흡수력을 최초로 정확하게 측정했다. 그는 수증기가 대기 중에서 가장 강력한 복사열 흡수체이며 기온 조절의 핵심 역할을 한다고 결론지었다. 이는 지구 대기가 표면을 따뜻하게 한다는 온실 효과를 최초로 실험적으로 증명한 것이다. (1856년 미국의 유니스 뉴턴 푸트가 수증기와 이산화탄소의 태양 복사열 흡수 실험을 발표했으나, 적외선 효과를 구분하지는 못했다.)[17][21][22][23] 또한, 1860년에는 시각적으로 투명한 기체가 적외선 방출체임을 최초로 증명하고 정량화했다.[44]
- 분자 수준에서의 열복사 연구: 복사열이 분자 수준에서 어떻게 흡수되고 방출되는지에 대한 시연을 고안했다. 1864년에는 화학 반응에서 열 방출이 새로 생성된 분자 내에서 물리적으로 기원함을 실험적으로 증명했으며,[43] 1865년에는 적외선을 가시광선으로 변환하는 칼로레센스 현상을 시연했다.[24] 그는 적외선을 주로 "복사열" 또는 "초적색 파동"이라 불렀으며, 이 연구들은 1872년 ''분자 물리학에 대한 복사열 영역의 기여''라는 제목의 책으로 출판되었다.
- 틴들 효과 발견: 복사열 연구를 위해 부유 먼지가 없는 "광학적으로 순수한" 공기가 필요했는데, 이 과정에서 공기 중 미립자에 의한 빛의 산란 현상, 즉 틴들 효과(틴들 산란)를 발견하고 연구했다.[26] 이를 이용해 에어로졸과 콜로이드의 특성을 보여주는 네펠로미터 등을 개발했다.
- 열영동 현상 관찰: 1870년, 에어로졸 연구 중 뜨거운 물체 주변에서 입자가 밀려나는 열영동 현상을 최초로 관찰하고 보고했다.[27]
- 기체 및 액체의 복사열 흡수: 다양한 휘발성 액체의 증기 형태와 액체 형태가 분자 단위에서 복사열을 흡수하는 능력이 본질적으로 동일함을 보였다.[28]
- 복사열의 광학적 특성 증명: 복사열(적외선)이 가시광선과 마찬가지로 반사, 굴절, 회절, 편광 등 주요 광학적 특성을 공유함을 증명했다.[29]
- 호흡 중 이산화탄소 측정: 기체의 복사열 흡수 지식을 응용하여 사람이 내쉬는 숨 속의 이산화탄소 양을 측정하는 시스템을 발명했다(1862, 1864). 이는 현대 병원에서 사용되는 카프노메트리의 기초가 되었다.[30]
- 오존 연구: 오존에 의한 복사열 흡수 연구를 통해 오존이 산소 원자들의 집합체임을 확인하는 데 기여했다(1862).[31]
- 세균설 확증 및 틴들화 개발: 실험실에서 글리세린을 바른 상자를 이용해 부유 입자가 없는 "광학적으로 순수한" 공기를 만드는 방법을 고안했다.[32] 이 공기 속에서는 끓여서 멸균한 고기 육수가 부패하지 않음을 보여 루이 파스퇴르의 연구를 확장하며 공기 중 미생물이 부패의 원인임을 증명했다. 그러나 실험 결과의 비일관성을 통해 건초 등에서 유래한 내열성 세균 포자(내생 포자)의 존재를 발견했으며, 페르디난트 콘의 연구를 인용하며 이를 설명했다. 그는 간헐적 가열과 냉각을 반복하여 포자를 파괴하는 방법인 틴들화(간헐멸균법)를 개발하여 당시 논란이 많았던 세균설을 확증하는 데 크게 기여했다.[33][34]
- 소방관용 호흡기 발명: 공기 중에서 연기와 유해 가스를 걸러내는 후드 형태의 소방관용 호흡기를 발명했다(1871, 1874).[35]
- 음향학 연구: 공기 중 소리 전파를 연구하고, 더 나은 안개 경적 개발 프로젝트에 참여했다. 실험을 통해 온도가 다른 공기 덩어리 사이의 경계면에서 소리가 부분적으로 반사된다는 사실을 밝혀냈고, 이것이 안개 속에서 소리가 잘 전달되지 않거나 특정 방향으로 더 잘 들리는 이유 중 하나라고 주장했다.[36]
틴들은 실험가이자 장치 제작자였지만, 그의 연구 저변에는 분자 물리학에 대한 깊은 이해 추구가 있었다. 그는 열, 빛, 자기, 소리 등 모든 물리 현상을 분자의 행동으로 설명하고자 했으며, 특히 기체의 복사열 흡수 실험을 통해 분자의 진동 공명이 특정 주파수의 적외선을 선택적으로 흡수하는 원리임을 밝혔다.[41] 그는 분자의 흡수 스펙트럼이 구성 원자의 스펙트럼과 매우 다르다는 점(예: 일산화 질소(NO) 대 질소(N2) 또는 산소(O2))[42], 그리고 기체가 동일한 종류의 기체에서 방출된 복사열을 강하게 흡수한다는 점을 통해 흡수와 방출 메커니즘의 연관성을 강조했다.[43] 이는 밸푸어 스튜어트 등의 연구와도 일치하며, 강한 흡수체는 강한 방출체이고 약한 흡수체는 약한 방출체라는 원리로 이어졌다.[44][45] 또한 광화학 효과를 통해 분자가 더 작은 하부 구조를 가질 것이라고 추론했다.[46] 그의 이러한 분자적 관점과 실험적 접근은 과학사에서 중요하게 평가받는다.[47]
물리학 분야 외에도 틴들은 뛰어난 등산가였다. 원래 알프스 산맥의 빙하 연구를 목적으로 등산을 시작했지만, 1861년 8월 19일 알프스 5번째 고봉인 바이소른을 초등정했으며, 1865년 에드워드 윔퍼가 초등정하기 전인 1862년에 마터호른 정상 230m 아래 지점까지 도달했다. 1868년에는 마터호른의 첫 종주에 성공했다.
틴들은 1850년부터 1884년까지 147편 이상의 과학 논문을 발표했으며,[37] 왕립 연구소에서의 강연 능력도 뛰어나 빛의 전반사를 이용한 "빛의 분수" 시연(현대 광섬유 기술의 원리 시연) 등으로 유명했다.[38] (단, 이 시연은 장-다니엘 콜라동이 1842년에 먼저 발표했다.)[39]
그는 1852년 왕립 학회 회원으로 선출되었으며,[86] 왕립 학회로부터 1853년 로열 메달, 1864년 럼퍼드 메달을 수상했고,[86] 여러 차례 베이커리언 메달 강연을 했다. 그의 업적을 기려 1987년 존 틴들상이 제정되었다.
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- 틴들, J. (1862), [https://archive.org/details/mountaineeringi00tyndgoog ''1861년 등산. 휴가 여행''], Longman, Green, Longman, and Roberts, 런던
- 틴들, J. (1865), ''방사선에 관하여: 한 강연'' (40페이지) [84]
- 틴들, J. (1868), [https://archive.org/details/heatconsideredas00tyndrich ''열 : 운동의 한 형태''], (1869년판) D. Appleton, 뉴욕
- 틴들, J. (1869), ''쉬운 수업으로 배우는 자연 철학'' (180페이지) (중등학교에서 사용하기 위한 물리학 책)
- 틴들, J. (1870), [https://archive.org/details/faradayasdiscove00tynduoft ''파라데이, 발견자로서''], Longmans, Green, 런던
- 틴들, J. (1870), ''존 틴들 교수의 세 가지 과학 강연'' (75페이지) [85]
- 틴들, J. (1870), ''빛에 관한 아홉 강연 과정의 노트'' (80페이지)
- 틴들, J. (1870), ''전기 현상 및 이론에 관한 일곱 강연 과정의 노트'' (50페이지)
- 틴들, J. (1870), [https://archive.org/details/researchesondiam00tynd ''반자성 및 자기 결정 작용에 대한 연구: 반자성 극성의 문제 포함''], (1850년대 연구 보고서 모음), Longmans, Green, 런던
- 틴들, J. (1871), [https://archive.org/details/hoursofexercisei00tynd_0 ''알프스에서의 운동 시간''], Longmans, Green, and Co., 런던
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- ''알프스의 빙하'' 야지마 유토시 역, 이와나미 문고
- ''알프스 여행에서'' 야지마 유토시 역, 이와나미 문고
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