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스티븐 그레이

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목차

1. 개요

스티븐 그레이는 1666년 잉글랜드에서 태어난 영국의 과학자이다. 그는 독학으로 천문학을 연구했으며, 아마추어 천문학자로서 존 플램스티드의 주목을 받았다. 1729년에는 유리관을 이용한 실험을 통해 전기 전도 현상을 발견하고, 도체와 부도체의 개념을 확립하는 데 기여했다. 또한, 전기 유도 현상을 발견하고, "플라잉 보이" 실험을 통해 정전기와 번개가 동일한 현상임을 인지했다. 그의 연구는 18세기 전기학 발전에 중요한 영향을 미쳤으며, 코플리 메달을 두 차례 수상하고 왕립 학회 회원이 되었다.

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스티븐 그레이 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
이름스티븐 그레이
출생1666년 12월
출생지켄트 주, 캔터베리, 잉글랜드
사망1736년 2월 15일
사망지런던, 잉글랜드
국적영국
분야화학
천문학
근무지트리니티 칼리지 (케임브리지 대학교)
학문적 조언자로저 코츠
존 데사굴리에
알려진 업적'전기의 아버지'
전기 전도
영향존 플램스티드
수상코플리 메달 (1731, 1732)

2. 생애

스티븐 그레이는 켄트주 캔터베리에서 태어나 기본적인 교육을 받은 후 아버지와 형에게 직물 염색업을 배웠다. 그러나 그의 관심사는 자연 과학, 특히 천문학에 있었으며, 독학으로 이 분야를 공부했다. 그는 지역의 부유한 친구들을 통해 서재와 과학 기기를 이용할 수 있었는데, 당시 과학은 부유한 사람들의 취미였다.[1]

그는 직접 렌즈를 연마하고 망원경을 제작하여 여러 작은 발견(주로 태양 흑점 분야)을 했고, 관찰의 정확성으로 명성을 얻었다. 그의 보고서 중 일부는 왕립 학회 회원이던 친구 헨리 헌트의 도움으로 왕립 학회에서 출판되었다.[1]

아마추어 천문학자로서의 활동은 초대 왕립 천문관이자 그리니치 천문대의 초대 천문대장 존 플램스티드의 눈에 띄었다. 플램스티드는 정확한 전천 성도를 만들어 천측 항법의 경도 특정 문제를 해결하려 했고, 그레이는 성도 제작을 위한 관측과 계산 면에서 플램스티드를 도왔다.[1]

그는 플램스티드와 서신을 주고받으며 친구가 되었지만, 이 때문에 그레이가 과학계에 정식으로 받아들여지기 어려워지는 문제가 생겼다. 플램스티드는 아이작 뉴턴과의 오랜 논쟁에 휘말려 있었고, 이 논쟁은 왕립 학회의 파벌 싸움으로 발전하여 뉴턴 측이 주류가 되면서 플램스티드와 그의 일파는 소외되었다.[1]

1707년 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지에 세워진 영국 제2의 천문대에서 로저 코츠의 조수로 잠시 일했지만, 프로젝트는 실패로 끝났고, 1709년 그레이는 캔터베리의 염색공으로 돌아갔다. 건강 문제에도 불구하고, 그는 곧 존 데자굴리에의 조수로 런던으로 이주했다. 데자굴리에는 왕립 학회의 실험 시연자로서 전국과 유럽에서 과학적 신발견에 대한 강연을 했고, 그레이는 무급으로 따라다녔다.[1]

1719년 이후 그레이는 존 플램스티드와 한스 슬론의 노력으로 차터하우스에서 연금을 받으며 살게 되었다. 이 무렵 그레이는 유리관을 정전기 발전기로 한 정전기 실험을 재개했고, 여기서 전기 전도를 발견했다.[1]

2. 1. 초기 생애와 교육

스티븐 그레이는 1666년 12월 26일 세례를 받았으며, 잉글랜드 켄트주 캔터베리에서 염색공의 아들로 태어났다.[1] 기본적인 교육을 받았지만, 아버지와 형을 따라 직물 염색업을 배웠다.[1] 그는 자연 과학, 특히 천문학에 관심을 가지고 독학으로 공부했다.[1] 지역 부유층의 도움으로 책과 과학 기기를 접하며 지식을 쌓았는데, 당시 과학은 부유한 사람들의 취미였다.[1]

그레이는 직접 렌즈를 연마하고 망원경을 제작하여 여러 발견을 했으며, 특히 태양 흑점 관측에서 정확성을 인정받았다.[1] 왕립 학회 회원이자 친구였던 헨리 헌트의 도움으로 그의 보고서가 왕립 학회에 출판되기도 했다.[1]

이러한 활동은 초대 왕립 천문관이자 그리니치 천문대의 초대 천문대장인 존 플램스티드의 주목을 받았다.[1] 플램스티드는 천측 항법의 경도 특정 문제를 해결하기 위해 정확한 전천 성도를 만들고자 했으며, 그레이는 관측과 계산 면에서 그를 도왔다.[1]

2. 2. 플램스티드와의 만남과 그리니치 천문대

그레이의 천문학적 업적은 초대 왕립 천문관이자 그리니치 천문대의 초대 천문대장인 존 플램스티드의 주목을 받았다.[1] 플램스티드는 정확한 전천 성도를 제작하여 천측 항법의 경도 측정 문제를 해결하고자 했다.[1] 그레이는 성도 제작을 위한 관측과 계산을 통해 플램스티드를 도왔다(아마도 무보수로).[1]

그레이는 1696년경부터 플램스티드와 서신을 주고받으며 친구가 되었지만,[1] 이로 인해 그레이가 과학계에 정식으로 인정받기 어려워지는 문제가 발생했다.[1] 플램스티드는 예비적인 성도 데이터 접근 문제로 아이작 뉴턴과 오랫동안 논쟁을 벌이고 있었다.[1] 이 논쟁은 왕립 학회의 파벌 싸움으로 이어졌고, 뉴턴 측이 수십 년 동안 주류를 차지하면서 플램스티드와 그의 일파는 소외되었다.[1]

2. 3. 케임브리지 천문대와 런던 생활

1707년, 케임브리지 대학교의 트리니티 칼리지에 세워진 영국 제2의 천문대에서, 아이작 뉴턴의 친구이자 천문학자인 로저 코츠의 조수로 잠시 일했다.[1] 여기서 마찰 전기 실험을 했지만, 이 시기에는 태양 흑점 관측 등을 했다.[1] 그러나 코츠의 운영이 좋지 않아 그 프로젝트는 실패로 끝났고, 1709년 9월에 그레이는 직을 사임하고 캔터베리의 염색공으로 돌아갔다.[1] 건강에 문제가 있었지만, 그는 곧 존 데자굴리에의 조수로 런던으로 이주했다.[1] 데자굴리에는 왕립 학회의 실험 시연자로서, 전국과 유럽 대륙 각지에서 과학적 신발견에 대한 강연을 했다.[1] 그레이는 숙소를 제공받았을 뿐, 무급으로 따라다녔다.[1]

2. 4. 차터하우스 시절과 전기 전도 발견

1720년, 존 플램스티드와 한스 슬론 경의 노력으로 차터하우스[1]에서 연금직을 얻었다. 이곳은 조국에 봉사한 빈곤한 신사들을 위한 집이자 소년 학교와도 연계된 곳이었다. 이 시기에 그레이는 유리관을 마찰 발전기로 사용하여 정전기 실험을 다시 시작했다.

어느 날 밤, 자신의 차터하우스 방에서 튜브 끝에 있는 코르크(수분과 먼지를 막기 위해 필요함)가 튜브를 문지르자 작은 종이 조각과 겨에 인력을 발생시킨다는 것을 알아차렸다. 일반적으로 코르크는 전하를 띠지 않지만, 기후 조건과 재료의 변화로 인해 코르크가 전하를 축적하고 있었다. 그가 전나무 막대기를 삽입하여 코르크를 연장했을 때, 전하는 막대기 끝에서, 그리고 그 끝에 꽂아 둔 상아 공(구멍이 뚫린)에서 나타났다. 그는 더 긴 막대기를 시도했고, 마침내 상아 공에 연결된 기름진 삼 밧줄을 추가했다. 이 과정에서 그는 "전기적 덕"이 단순히 국소적인 핀으로 찌르는 것과 같은 '정적' 현상이 아니라, 거리를 이동하는 유체와 같은 물질임을 발견했다. 종결 상아 공은 전기를 띤 유리 튜브와 마찬가지로 가벼운 물체를 끌어당기는 역할을 했다.[2]

다음 며칠 동안 그는 자신의 실-와이어의 도달 범위를 확장했고(그는 짧은 와이어 조각만 가지고 있었고, 금속이 도체로서의 중요성을 이해하지 못했다) 그것이 자신의 발코니에서 아래 안뜰까지 전달된다는 것을 발견했다. 그는 전기가 실의 굴곡을 따라 이동하고 중력의 영향을 받지 않는다는 것을 발견했다. 그는 또한 당시에는 정전기를 생성하거나 유지할 수 없다는 이유로 '비전기'로 여겨지던 금속 물체(부젓가락, 집게, 주전자 등)에 전하를 전달할 수 있었다. 그는 또한 실크가 '덕'을 전달하지 않는 반면, 더 두꺼운 밧줄과 와이어는 할 수 있다는 것을 발견했다.

1729년 6월 30일부터 7월 2일 사이에 켄트에서 이 첫 번째 전기 네트워크를 확장하고 많은 새로운 발견을 했다. 그는 왕립 학회 회원인 부유한 친구이자 플램스티드의 친척인 그랜빌 휠러 목사를 방문하여, 두 사람은 휠러의 저택인 켄트의 오터든 플레이스에 있는 넓은 갤러리 길이에 따라 밧줄을 엮어 전도 실험을 확장했다. 그 과정에서 그레이와 휠러는 실크를 사용하여 실 '도체'를 지구 접촉(집 벽)으로부터 절연하는 것이 중요하다는 것을 발견했다. 그들은 와이어를 사용하여 밧줄을 지지하면 모든 '전기적 덕'이 새어 나가는 것을 알아차렸다. 처음에는 그 차이가 실크, 실, 와이어의 상대적인 두께 때문이라고 생각했지만, 나중에는 실크 자체가 와이어보다 전도성이 훨씬 낮다는 것을 깨달았고, 따라서 주요 도체로 사용된 삼 밧줄을 지지(및 절연)하기 위해서만 실크를 사용했다.

다음 날 그들은 집 탑에서 정원으로 실을 떨어뜨린 다음 짧은 길이의 실크로 짝을 이룬 정원 말뚝을 사용하여 800피트 떨어진 들판까지 확장하여 밧줄이 땅에 닿지 않도록 했다.[3] 휠러는 이 사실을 많은 왕립 학회 친구들에게 보고했고, 그레이는 존 테오필루스 데자귤리에에게 보낸 편지에 자세한 내용을 썼다.

이러한 실험을 통해 도체와 절연체(데자귈리에가 적용한 이름)가 수행하는 역할에 대한 이해가 생겼다.

3. 전기 전도 및 유도 실험

스티븐 그레이는 18세기 초, 전기가 물체를 통해 전달될 수 있다는 사실을 실험적으로 증명하기 이전에는, 마찰된 물체가 대전되는 현상은 알려져 있었지만, "전기"가 물체를 통해 전달된다는 것은 알려져 있지 않았다. 그레이는 채터하우스에서 길이 약 0.91m, 지름 약 3.05cm의 유리관을 사용한 실험을 통해 이를 증명했다. 그는 유리관 양쪽 끝을 코르크 마개로 막아 습기와 먼지를 막았다. 유리관을 마찰하여 정전기를 일으켰을 때, 코르크 마개가 종이나 왕겨 조각을 끌어당기는 현상을 발견했다.

이후 그는 작은 전나무 막대기를 코르크에 접촉시켜 보았고, 전나무 막대기 역시 대전되는 것을 확인했다. 더 긴 막대기를 사용하고, 코르크에서 가는 실을 늘여 끝에 상아 구슬을 접촉시키는 실험을 통해, 그레이는 "전기의 효력(electric virtue)"이 먼 거리까지 전파되어 상아 구슬이 대전된 유리관처럼 가벼운 물체를 끌어당기는 것을 발견했다. 그는 황동 박을 이용한 검전기를 만들어 전기가 약 5.49m의 통신로를 통해 전파됨을 확인했다.

채터하우스가 비좁아, 이후 실험은 주로 친구 집에서 진행되었다. 1729년 5월 14일, 노턴 코트의 존 고드프리 저택에서, "유리관(기전기)·막대(통신로)·검전기" 실험계를 통해 전기가 약 7.32m 거리까지 전파됨을 확인했다. 16일에는 약 9.75m 거리에서 유사한 실험에 성공했다. 짐 묶는 끈을 사용하여 거리를 늘리는 실험에서는, 끈을 수평으로 뻗었을 때 지지부에서 누전이 발생하여 실패했다.

3. 1. 전기 전도 실험

1729년, 그레이는 유리관, 코르크, 전나무 막대, 상아 구슬 등을 사용하여 전기 전도 실험을 했다. 그는 코르크가 유리관을 문지를 때 작은 종이 조각과 겨를 끌어당기는 것을 발견했다. 코르크에 전나무 막대기를 삽입하자 전하는 막대기 끝과 그 끝에 꽂아 둔 아이보리 공에도 나타났다. 그는 더 긴 막대기를 사용했고, 아이보리 공에 연결된 기름진 삼 밧줄을 추가하여, "전기적 덕"이 거리를 이동하는 유체와 같은 물질임을 발견했다. 종결 아이보리 공은 전기를 띤 유리 튜브처럼 가벼운 물체를 끌어당겼다.[2]

그는 실험을 통해 전기가 실의 굴곡을 따라 이동하고 중력의 영향을 받지 않으며, 금속 물체에도 전하를 전달할 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 실크는 전기를 전달하지 않는 반면, 더 두꺼운 밧줄과 와이어는 전달할 수 있다는 것을 알게 되었다.[2]

1729년 6월 30일부터 7월 2일까지, 그레이는 그랜빌 휠러와 함께 켄트주 오터든 플레이스에서 대규모 전기 전도 실험을 수행했다. 그들은 휠러의 저택 갤러리 길이에 밧줄을 엮어 전도 실험을 확장했다. 이 과정에서 그레이와 휠러는 실크를 사용하여 실 '도체'를 지구 접촉으로부터 절연하는 것이 중요함을 발견했다. 와이어를 사용하여 밧줄을 지지하면 모든 '전기적 덕'이 새어 나갔지만, 실크는 와이어보다 전도성이 훨씬 낮아 삼 밧줄을 지지하고 절연하는 데 사용되었다.[2]

다음 날, 그들은 집 탑에서 정원으로 실을 떨어뜨린 후, 짧은 길이의 실크로 짝을 이룬 정원 말뚝을 사용하여 약 243.84m 떨어진 들판까지 확장했다.[2] 이러한 실험을 통해 도체와 절연체(데자귈리에가 적용한 이름)의 역할에 대한 이해가 생겨났다.[2]

3. 2. 정전기 유도 실험

그레이는 전기 유도(접촉 없이 매달린 물체에 전하를 생성하는 것)를 발견했는데, 이는 그의 가장 주목할 만한 업적이다. 1729년 그레이는 유리관의 "전기적 성질"이 금속을 통해 다른 물체로 전도될 수 있음을 보여주었다. 이것은 전기가 유리관의 특성이 아니라 일종의 유체라는 최초의 증거였다. 같은 해에 그레이는 떡갈나무 큐브 두 개, 하나는 단단하고 다른 하나는 속이 빈 것을 만들어, 이들이 동일한 전기적 특성을 가진다는 것을 관찰하여 전기가 부피 특성이 아닌 표면 특성임을 입증했다.[4]

이 실험은 유럽 전역에서 "플라잉 보이" 시연으로 널리 알려졌다. 장-앙투안 놀레가 재현한 "전기 소년" 실험에서는, 절연 실크 밧줄에 매달린 소년에게 전하를 가하고 사람들이 주위에 모였다. 이때 한 여성이 앞으로 몸을 구부려 소년의 코를 찌르도록 권유받아 감전되었다. 이처럼 소년이 실크 밧줄에 매달려 있었고, 그레이가 마찰된 튜브(정전기 발생기)를 소년의 발에 가까이 가져가면서 충전했지만 접촉하지는 않았다.[5] 그레이는 소년의 얼굴과 손이 여전히 왕겨, 종이 및 기타 물질을 끌어당기는 것을 보여주었다. 그레이는 '전기적 성질'의 쩍쩍거림이 번개와 유사하다는 것을 언급했으며 (다른 실험자들도 마찬가지였다), 이는 반 세기 후 벤자민 프랭클린의 위대한 발견을 예고했다.[6]



그레이는 매달린 물체를 대전시키는 등 추가적인 실험을 반복했다. "플라잉 보이(Flying Boy)" 실험은, 견사 위에 소년을 배치하고 소년을 대전시켜, 그 손에 여러 가벼운 물체를 끌어당기게 하는 것이었다.[10] 그레이는 벤자민 프랭클린이 연을 이용한 실험을 하기 이전부터, 정전기와 번개가 같은 것이라고 깨달았다.

3. 3. 도체와 부도체 개념 확립

어느 날 밤, 그레이는 자신의 차터하우스 방에서 튜브 끝에 있는 코르크(수분과 먼지를 막기 위해 필요함)가 튜브를 문지르자 작은 종이 조각과 겨에 인력을 발생시킨다는 것을 알아차렸다. 일반적으로 코르크는 전하를 띠지 않지만, 기후 조건과 재료의 변화로 인해 코르크가 전하를 축적하고 있었다. 그가 전나무 막대기를 삽입하여 코르크를 연장했을 때, 전하는 막대기 끝에서, 그리고 그 끝에 꽂아 둔 아이보리 공(구멍이 뚫린)에서 나타났다. 그는 더 긴 막대기를 시도했고, 마침내 아이보리 공에 연결된 기름진 삼 밧줄을 추가했다. 이 과정에서 그는 "전기적 덕"이 단순히 국소적인 핀으로 찌르는 것과 같은 '정적' 현상이 아니라, 거리를 이동하는 유체와 같은 물질임을 발견했다. 종결 아이보리 공은 전기를 띤 유리 튜브와 마찬가지로 가벼운 물체를 끌어당기는 역할을 했다.

다음 며칠 동안 그는 자신의 실-와이어의 도달 범위를 확장했고(그는 짧은 와이어 조각만 가지고 있었고, 금속이 도체로서의 중요성을 이해하지 못했다) 그것이 자신의 발코니에서 아래 안뜰까지 전달된다는 것을 발견했다. 그는 전기가 실의 굴곡을 따라 이동하고 중력의 영향을 받지 않는다는 것을 발견했다. 그는 또한 당시에는 정전기를 생성하거나 유지할 수 없다는 이유로 '비전기'로 여겨지던 금속 물체(부젓가락, 집게, 주전자 등)에 전하를 전달할 수 있었다. 그는 또한 실크가 '덕'을 전달하지 않는 반면, 더 두꺼운 밧줄과 와이어는 할 수 있다는 것을 발견했다.

1729년 7월 2일, 켄트주의 그랜빌 휠러 저택에서, 통신로의 끈을 견사(마 짐 묶는 끈보다 절연성이 높다)로 지탱한 실험에서, 전기 전도가 147피트의 거리에서도 일어나는 것을 확인했다. 그레이와 휠러는 실험을 확장시켜, 8월 1일에는 886피트의 거리에서도 전기가 전파되는 것을 확인했다.[8] 휠러 저택에서의 실험에는 부차적인 발견도 있었다. 그레이는 7월 3일에 견사를 더 튼튼한 철선으로 바꾸었지만, 전기를 전달하는 실험은 누전으로 인해 실패했다. 일련의 실험에서 그레이는 끈을 지면과 절연하는 것이 중요하다는 것을 발견하고, 금속 와이어로 끈을 지탱하면 대전된 전기가 도망가는 것, 끈을 굽혀도 전기는 도망가지 않는 것, 끈을 수직으로 늘어뜨려도 전기가 중력의 영향을 받지 않는 것 등을 발견했다.

이러한 실험을 통해 도체와 절연체(존 데자귈리에가 적용한 이름)가 수행하는 역할에 대한 이해가 생겼다.[9] 1732년, 프랑스 과학자 C.F. 뒤 페가 그레이와 휠러를 방문하여 이 실험을 보고 프랑스로 돌아가, 세계 최초의 전기에 관한 포괄적 이론을 조립하여, 전기는 두 종류가 있다고 했다. 친구인 장 앙투안 놀레가 이것을 지지했지만, 벤자민 프랭클린을 시작으로 하는 필라델피아 그룹은 약간 다른 이론을 조립했다. 프랭클린 등은 전기는 한 종류이며, 두 개의 상태가 있을 뿐이라고 했다. 후에 프랭클린의 동료들이 두 개의 상태를 "양(positive)"과 "음(negative)"이라고 명명했다.

4. 업적과 평가

아이작 뉴턴이 사망하고 한스 슬론이 왕립 학회를 인수하면서, 그레이는 뒤늦게나마 인정을 받게 되었다. 그레이는 회비를 낼 형편이 되지 않아 왕립 학회 회원은 아니었고, 그의 많은 실험들은 존 테오필루스 데자귈리에가 가져가 시연 레퍼토리의 일부가 되었다. 존 플램스티드(아이작 뉴턴과 끊임없이 분쟁을 겪었다)와의 연관성 때문에 왕립 학회 내 뉴턴 파벌로부터 인정을 거부당했다는 이야기도 있지만, 이는 사실이 아닐 가능성이 높다. 뉴턴은 그레이가 전도 실험을 시작하기 거의 2년 전인 1727년 3월에 사망했고, 뉴턴 사후 왕립 학회를 운영한 한스 슬론은 그레이의 친구이자 재정적 후원자였다. 당시에는 전기가 그만큼 중요하게 여겨지지 않았고, 재정적 제약으로 인해 학회지 발행이 몇 년 동안 중단되었던 것이 사실이다.

4. 1. 코플리 메달 수상과 왕립 학회 회원

아이작 뉴턴 사후, 한스 슬론이 왕립 학회를 이끌면서 그레이의 업적이 인정받기 시작했다.[1] 1731년, 전도 및 절연에 대한 연구로 왕립 학회 최초의 코플리 메달을 수상했다. 1732년, 유도 실험으로 두 번째 코플리 메달을 수상했다. 1732년 왕립 학회는 그를 명예 회원으로도 추대하였다.

4. 2. 후대에 미친 영향

그레이는 기념비가 없으며, 과학적 발견으로 이룬 업적에 대한 인정도 거의 받지 못했다. 그는 런던의 오래된 묘지, 차터하우스의 빈곤층 연금 수령자를 위해 마련된 구역의 공동 묘지에 묻힌 것으로 여겨진다. 2017년, 캔터베리에 있는 켄트 대학교 물리과학부는 그의 업적을 기리는 스티븐 그레이 강좌를 시작했다.[7]

4. 3. 사후

그레이는 기념비가 없으며, 그가 과학적 발견으로 이룬 업적에 대한 인정도 거의 받지 못했다. 그는 런던의 오래된 묘지, 차터하우스의 빈곤층 연금 수령자를 위해 마련된 구역의 공동 묘지에 묻힌 것으로 여겨진다. 2017년, 캔터베리에 있는 켄트 대학교 물리과학부는 그의 업적을 기리는 스티븐 그레이 강좌를 시작했다.[7]

참조

[1] 간행물 Stephen Gray Oxford University Press 2004
[2] 서적 A History of Classical Physics: From Antiquity to the Quantum Barnes & Noble Books 1997
[3] 서적 Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics https://books.google[...] University of California Press 1979-01-01
[4] 서적 A history of the theories of aether & electricity. 1: The classical theories Dover Publ 1989
[5] 논문 Sparks in the dark: the attraction of electricity in the eighteenth century https://linkinghub.e[...] Elsevier 2007-09
[6] 서적 A History of Electricity (the Intellectual Rise in Electricity) from Antiquity to the Days of Benjamin Franklin New York: John Wiley & Sons 1898
[7] 웹사이트 Stephen Gray Lectures https://blogs.kent.a[...] 2018-07-04
[8] 서적 A History of Classical Physics: From Antiquity to the Quantum Barnes & Noble Books 1997
[9] 서적 エレクトロニクスを中心とした年代別科学技術史（第5版） 日刊工業新聞社 2001
[10] 서적 A History of Electricity (the Intellectual Rise in Electricity) from Antiquity to the Days of Benjamin Franklin New York: John Wiley & Sons 1898
[11] FRS Gray; Stephen (? 1666 - 1736) 2012-04-25


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