[ Myles W. Jackson, “Illuminating the Opacity of Achromatic Lens Production: Joseph Fraunhofer’s Use of Monastic Architecture and Space as a Laboratory,” in P. Galison and E. Thompson (eds.), Architecture and Science (Camb. Mass.: MIT Pr., 1999), pp. 141-163. ]
흑선(dark line)을 발견하고, 광학 망원경과 회절격자를 제작한 Joseph von Fraunhofer는 망원경의 색지움 렌즈(Achromatic Lens)를 만드는 기능공.
태양의 스펙트럼을 분석하여 Fraunhofer line을 발견한 von Fraunhofer는 광학의 주도권을 영국에서 바이에른으로 잠깐 이동시키는 역할을 했고, 많은 독일인은 그를 Handwerkerkultur의 전형으로 바라봄.
이 글은 Fraunhofer의 성과가 베네딕트 수도원과 관련이 있으며, 성 베네딕트의 규칙(The Rule of Saint Benedict) 중 세 가지인 노동, 침묵, 비밀이 그의 광학망원경 제작에 어떤 역할을 했는지 보임.
베네딕트 수도원은 광학 연구소로 가장 이상적인 곳
먼저 나무 연료가 많은 큰 숲 한가운데 있었음.
10km 밖에 석영 채석장이 있었음,
이 광학 이론에 숙달된 수도사와 기능공들
수도원은 유리 제작과 광학 이론과 관련된 물리 도구와 텍스트를 풍부하게 가지고 있었으며, 수도원의 공간은 Fraunhofer가 나트륨 광선 실험을 고안할 수 있을 정도로 컸음.
1704년, 뉴턴의 Opticks는 흰 빛이 특정한 굴절성을 갖는 여러 색들로 구성됨을 보임.
18세기 중반에는 영국의 John Dolland와 Chester Moor Hall이 색수차를 정확하게 하는 방법을 발전시킴.
한 쪽에 볼록 렌즈를, 다른 쪽에 오목렌즈를 결합시켜 붉은 빛과 보라색 빛이 한 점에 초점을 맞추도록 하여 수차를 측정하는 방법.
von Fraunhofer는 유리 제품의 굴절성을 더욱 정확하게 결정하기 위해 이 기술을 적용하였는데, 빨강, 보라, 두 광선의 산술평균으로 유리의 굴절률을 결정함.
17세기 후반부터 18세기 초반까지 광학자들은 각각의 색선(colored ray)의 분산과 굴절을 결정하려 했으나, 스펙트럼의 색이 연속적인 것처럼 보였기 때문에 진전이 없었음.
Fraunhofer도 처음에는 한 가지 색의 빛만 프리즘을 통과하도록 해 보았으나 실패함.
다음으로 알코올이나 황을 태운 색깔 있는 불꽃을 사용한 실험 도중 주황색 범위에서 명확하게 정의되는 선이 있음을 알게 됨.
나트륨 선은 Fraunhofer의 다음 연구인 여섯 램프 실험(six Lamp Experiment)의 기초가 됨.
Fraunhofer는 먼저 나트륨 램프에서 나오는 빛이 프리즘에 부딪쳐 굴절된 후 수정된 경위의(theodolite)에 나타나는 각도를 측정하려 함.
* 경위의: 지구 표면의 물체나 천체(天體)의 고도와 방위각을 재는 장치, 조그만 망원경으로, 천체의 고도와 방위각을 재는 데 필요한 자눈이 새겨진 바퀴가 붙어 있음.
그러나 광선이 프리즘에 평행하지 않았음.
그는 입사 광선이 평행하도록 램프와 프리즘의 거리를 늘리고, 빛의 세기가 충분하도록 여섯 개의 나트륨 램프를 사용함.
이 때 그는 6-shutter mechanism을 사용하여 각 색선의 굴절률을 결정할 수 있었음.
다음으로 Fraunhofer는 태양을 source로 쓰기로 결심하고, 창을 가린 어두운 방에서 실험함.
두께가 다른 검은 수직선을 많이 발견할 수 있었는데, 이는 경위의와 창의 거리를 바꾸는 것으로는 없어지지 않았음.
그는 결국 이 흑선들이 태양광선 고유의 성질이라고 확신하게 됨.
그는 흑선을 스펙트럼의 작은 부분을 구별하는 자연 눈금(natural grid)으로 사용하여 정확한 굴절률을 얻을 수 있었음.
이러한 Fraunhofer의 물리광학에 대한 성과에 대한 사회문화적인 요소를 알아보기 위해 먼저 광학 연구소(Optical Institute)에 대한 설명을 해야 함.
뮌헨의 광학 연구소는 1808년에 MMI(Mathematico-Mechanical Institute)의 부분으로 설립됨.
광학 렌즈를 통해 정확한 지도를 만들기 위해서 설립된 것.
Utzschneider는 이 기획의 핵심 멤버였으며, MMI의 공동관리자(codirector)이자 광학 연구소의 관리자.
그는 베네딕트 수도원에서 Schiegg 같은 수도사를 비롯하여 천문학자, 지도제작자, 측량기사, 광학자를 고용함.
1806년 영국의 봉쇄정책으로 Utzschneider는 광학유리를 제작을 증가시킬 필요가 있었음.
그는 Niggl과 유리제작자 Guinand의 조수로 Fraunhofer를 고용함.
Schiegg는 그에게 광학과 수학을, Niggl은 렌즈 제작기술을 가르침.
Fraunhofer는 이것들을 모두 익혀 1809년에는 광학 연구소의 관리자(manager)가 됨.
1805년, Utzschneider는 정부로부터 세속화된 베네딕트 수도원을 구입함.
이는 두 가지 이유에서 중요한 의미를 지님.
수도원 거주민이 광학 이론에 조예가 깊었고, 수도원들이 숙련된 기능공들을 보유하고 있었음.
노동, 침묵, 비밀은 수도원의 중요한 특징
수도사들은 모두 노동을 해야 했음.
비밀을 지키기 위해 손님은 손님 숙소에만 머물러야 했고, 대수도원장의 허가 없이 수도원 출입을 자유롭게 할 수 없었음.
베네딕트 수도원의 건축은 성 베네딕트의 규칙을 그대로 보여줌.
개개인의 수도사는 명상의 자유를 보장받았고, 장인들의 일터는 수도원 거주지 바로 바깥에 위치.
신학교(seminaries)는 교실처럼 설계되었으며, 도서관은 수도사의 방 근처에 있었음.
하루 일과는 독서, 예배, 식사, 노동, 침묵(silence)으로 엄격하게 구성됨.
이렇게 통제된 공간이 Fraunhofer의 실험 설계에 중요한 역할을 했다.
수도원에서는 공적 지식과 사적 지식이 구분되었고, 공적 지식에 대해서는 비밀을 지켜야 했 음.
Fraunhofer는 연구소의 성과를 가시적으로 보여주는 한편, 렌즈 제작에 대해서는 철저하게 비밀을 지킴.
그는 색지움 렌즈의 연구방법을 증명해 보이고, 과학 공동체(scientific community)의 신뢰를 얻기 위해 에세이를 출판함.
그러나 색지움 렌즈의 제작법이나 제작 과정은 출판하지 않았고, 자연철학자들이 제작 과정을 보는 것조차 허락하지 않았음.
Fraunhofer와 Utzschneider의 침묵과 비밀 유지는 베네딕트 수도사들의 몇 세기 동안의 노동 활동을 반영하는 것이기도 함.
수도사에게 침묵은 신과의 맹세의 서약.
수도원의 유리제작자들은 비밀을 지키기 위해 책, 기술, 활동을 암호화하기도 함.
Fraunhofer의 실험실은 이러한 수도사의 거주지 안에 있었으며, 그 설계는 침묵의 중요성을 반영한 것.
(2019.10.20.)
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