게오르크 시몬 옴: 저항을 측정한 학교 교사
1828년 3월, 자신의 이름을 전 세계의 모든 회로도에 남기게 될 책을 출판한 지 몇 달 후, 게오르크 시몬 옴(Georg Simon Ohm)은 쾰른의 예수회 김나지움(Jesuit Gymnasium)에서 사임했습니다. 그 이유는 스캔들이나 질병 때문이 아니었습니다. 아무도 그의 연구를 알아주지 않았기 때문입니다. 《수학적으로 분석된 갈바니 회로》(Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet)는 전년도에 출간되었으나, 정중히 표현하자면 차가운 반응을 얻었습니다. 옴은 이 책이 자신을 중등학교 교사직에서 벗어나게 해 줄 것이라 기대했으나, 오히려 이후 5년 동안 제대로 된 직위조차 얻지 못했습니다.
자물쇠 제조공의 교육 과정
그는 1789년 3월 16일 브란덴부르크-바이로이트 후작령의 에를랑겐에서 태어났습니다. 아버지 요한 볼프강 옴(Johann Wolfgang Ohm)은 놀라울 정도로 높은 수준의 독학을 한 자물쇠 제조공이었고, 어머니 마리아 엘리자베스 베크(Maria Elizabeth Beck)는 재단사의 딸이었습니다. 부부의 일곱 자녀 중 게오르크 시몬, 누이 엘리자베스 바바라, 그리고 수학자가 된 남동생 마틴 등 세 명만이 성인이 될 때까지 살아남았습니다. 어머니는 게오르크가 열 살 때 사망했습니다.
중요한 교육은 가정에서 이루어졌습니다. 요한 볼프강은 두 아들에게 직접 수학, 물리학, 화학, 철학을 가르쳤습니다. 게오르크는 11세부터 에를랑겐 김나지움(Erlangen Gymnasium)에 다녔으나, 모든 기록에 따르면 그곳에서 배운 것은 거의 없었습니다. 단순 암기, 부족한 과학 교육 등 그가 아버지의 작업장에서 경험한 방식보다 훨씬 못한 체계였습니다. 이는 기억할 만한 세부 사항인데, 옴의 전체 과학적 삶은 스스로 가르치는 법을 배운 사람에 의해 수행되었기 때문입니다.
세 학기와 해고
그는 1805년 에를랑겐 대학교(University of Erlangen)에 입학했고 곧 학생 생활의 사회적 측면을 발견했습니다. 이를 탐탁지 않게 여긴 아버지는 세 학기 만에 그를 퇴학시켰습니다. 1806년 9월, 그는 스위스 니다우 근처의 고트슈타트에서 수학 교사직을 맡았고, 1809년 3월에는 뇌샤텔로 옮겨 2년 동안 가정교사로 일했습니다. 떠나기 전, 에를랑겐의 카를 크리스티안 폰 랑스도르프(Karl Christian von Langsdorf) 교수는 이후 모든 것을 결정짓는 조언을 해주었습니다. 커리큘럼을 찾지 말고 오일러, 라플라스, 라크루아를 직접 공부하라는 것이었습니다. 옴은 그대로 실천했고, 1811년 4월 에를랑겐으로 돌아와 그해 10월 박사 학위를 받았습니다.
떠돌이 교사
박사 학위는 거의 아무런 도움이 되지 않았습니다. 그는 에를랑겐에서 잠시 수학을 가르쳤으나 박봉 때문에 떠나야 했습니다. 1813년 1월부터는 밤베르크에서 수학과 물리학을 가르쳤는데, 처음에는 열악한 학교에서, 1816년부터는 과밀 학급에서 일했습니다. 어떤 전기에서는 그가 학생들로 인해 과중한 업무에 시달렸고 자신의 성실한 노력에 대한 인정을 거의 받지 못했으며, 아마 결혼은 못 할 것이라 체념했다고 기록하고 있습니다. 이는 그가 연구에 매진한 이유 중 하나로, 스스로를 증명하고 더 자극적인 환경에서 일자리를 찾기 위함이었습니다. 옴의 법칙은 원래 구직 신청서였습니다.
쾰른 연구소
1817년 9월, 쾰른의 예수회 김나지움에 부임하면서 운이 바뀌었습니다. 그곳에는 잘 갖춰진 물리 실험실이 있었습니다. 그는 라그랑주, 르장드르, 라플라스, 비오, 푸아송, 푸리에, 프레넬의 저작을 섭렵했습니다. 1820년 외르스테드(Ørsted)가 전류가 나침반 바늘을 편향시킨다는 사실을 발견했다는 소식을 들었을 때, 그는 그것을 연구할 실험 장치와 수학적 능력을 모두 갖추고 있었습니다.
1825년에 발표된 그의 첫 논문은 전선의 길이에 따라 전자기력이 어떻게 감소하는지를 조사했습니다. 1826년의 두 논문은 수학적 처리를 제공했는데, 여기서 옴은 결정적인 지적 도약을 이루어냈습니다. 그는 푸리에의 열 전도 분석을 모델로 삼아 도체를 통한 전기 흐름을 모델링했습니다. 푸리에의 이론에서 열은 재료의 전도도에 의해 정해지는 속도로 고온에서 저온으로 흐릅니다. 옴은 전기도 같은 방식으로 행동한다고 제안했습니다. 즉, 구동력의 차이, 저항 매질, 비례적인 흐름이 존재한다는 것입니다.
갈바니 회로
완성된 이론은 1827년 《수학적으로 분석된 갈바니 회로》(Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet)로 출간되었습니다. 그 핵심 결과는 이제 모든 학생이 배우고 있습니다. 도체를 흐르는 전류는 도체 양단에 가해진 전위차에 직접 비례하며, 저항은 그 비례 상수라는 것입니다. 옴 이전에는 전기적 강도가 막연한 특성이었으나, 이후에는 방정식으로 표현되는 양이 되었습니다.
이 책은 실패했습니다. 부분적인 이유는 옴 자신에게 있었습니다. 내성적이고 인맥이 없으며 대학 교수직도 없었습니다. 부분적인 이유는 방법론이었습니다. 물리적 문제에 대한 과도한 수학적 처리는 당시 독일 물리학계에서 유행에 뒤떨어진 것이었으며, 투기적이고 철학적인 스타일이 지배적이었습니다. 또한 게오르크 프리드리히 폴(Georg Friedrich Pohl)과 요하네스 슐츠(Johannes Schultz)와 같은 적대적인 영향력 있는 인물들 때문이기도 했습니다. 옴은 1828년 3월 쾰른에서 사임하고 기회를 기다렸습니다.
청각 연구와 마침내 얻은 교수직
인정은 해외에서 먼저 왔습니다. 왕립 학회(Royal Society)는 1841년 그에게 코플리 메달을 수여했고 1842년 외국인 회원으로 선출했습니다. 바바라 과학 아카데미는 1845년 정회원으로 만들었으며, 베를린과 토리노는 그를 통신 회원으로 받아들였습니다. 그때 그는 이미 1833년부터 뉘른베르크 폴리테크닉 학교에 재직 중이었습니다. 1849년 그는 바바라 아카데미 물리 컬렉션의 큐레이터이자 뮌헨의 강사가 되었고, 1852년 — 그가 죽기 2년 전 — 마침내 그곳에서 물리학 교수직을 받았습니다.
그의 후기 연구는 소리에 집중되었습니다. 1843년 그는 생리학적 음향학의 원리를 제안했습니다. 귀는 음악적 음을 순수한 조화 성분의 집합으로 인식한다는 것입니다. '옴의 음향 법칙'(Ohm's acoustic law)으로 알려진 이 아이디어는 실질적인 공헌이었지만, 후속 연구에 의해 완벽하게 맞지는 않는 것으로 밝혀졌습니다. 물리학자 아우구스트 제벡(August Seebeck)이 옴의 조합음 설명에 정당하지 않은 가정들을 지적했고, 옴은 이를 인정했습니다. 《분자 물리학 논고》(Beiträge zur Molecular-Physik)는 1849년에 뒤이어 출간되었습니다.
게오르크가 천재로 불리는 이유
그가 보여준 특별한 능력은 유추적 전이(analogical transfer)입니다. 즉, 한 영역에서 해결된 문제가 다른 영역의 해결되지 않은 문제와 구조적으로 동일함을 인식하는 것입니다. 푸리에는 이미 열 전도를 해결했습니다. 옴의 통찰력은 전선 속의 전기도 동일한 수학적 대상이라는 것이었습니다. 차이에 의해 구동되고 매질의 특성에 의해 저항을 받는 흐름이라는 것이죠. 이러한 동일성을 식별하기 위해서는 당대 사람들이 거의 분리했던 두 가지를 동시에 유지해야 했습니다. 다양한 길이의 전선을 통해 흐르는 미세한 전류를 측정하는 섬세한 실험 작업과, 랑스도르프의 조언에 따라 오일러와 라플라스의 저작을 통해 독학한 유럽 대륙의 해석학입니다. 1820년대의 독일 물리학은 이를 수행하지 않았습니다. 그것이 바로 책이 무시당했던 이유입니다.
반론 또한 무게를 둘 가치가 있습니다. 옴의 법칙은 뉴턴의 법칙과 같은 자연의 법칙이 아닙니다. 이는 크고 유용한 부류의 재료에 적용되는 경험적 규칙이며, 다른 많은 경우에는 적용되지 않습니다. 또한 옴의 공식은 나중에 대체된 전기의 유체 모델에 기반을 두고 있습니다. 그는 조합음(combination tones)에 대해 틀렸고 이를 공개적으로 인정해야 했습니다. 어떤 평범한 기준으로 보더라도 그의 경력은 쾰른 연구소에서의 2년의 생산적인 시간을 제외하면 평범한 학교 교사 생활의 연속이었습니다. 살아남은 것은 전체 연구 업적이 아니라 단 하나의 관계식입니다. 하지만 그 관계식은 이후 모든 전기 공학의 토대가 되었으며, 그 규모에서 한 번 옳았다는 것은 결코 작은 일이 아닙니다.
유산
옴은 1854년 7월 6일 뮌헨에서 사망하여 알터 쥐트프리트호프(Alter Südfriedhof)에 묻혔습니다. 그의 이름은 단위가 되었습니다. 기호 Ω인 옴은 국제 단위계의 전기 저항 측정 단위이며, 그에 대해 다른 어떤 것도 알지 못하는 수많은 사람에 의해 다른 어떤 물리학자의 이름보다 더 자주 호출된다는 주장에는 일리가 있습니다. 자학하는 자물쇠 제조공의 자학하는 아들은 지구상의 모든 도체를 측정하는 기준이 되어 생을 마감했습니다.
