알레산드로 볼타 전지 발명, 개구리 다리가 배터리가 된 이야기

충전기를 찾아 헤매는 당신에게

스마트폰 배터리가 1%입니다.
화면 위에 빨간 경고가 떠오릅니다.
심장이 쿵 내려앉죠.

카페를 둘러봅니다.
콘센트는 어디 있지?
충전기 가진 사람 없나?
이 절박한 순간, 우리는 하나의 사실을 깨닫습니다.
배터리 없이는 하루도 못 산다는 것.

그런데 이상하지 않나요?
주머니 속 이 작은 네모가 전기를 품고 있다는 게요.
전기는 눈에 보이지도 않고, 만질 수도 없는데, 어떻게 가둬두는 걸까요?

이 이야기의 시작은 지금으로부터 약 230년 전으로 거슬러 올라갑니다.
이탈리아의 어느 대학 실험실.
테이블 위에는 죽은 개구리 한 마리가 놓여 있었습니다.
그리고 그 개구리의 다리가, 갑자기, 꿈틀 움직였습니다.

그날의 사건이 두 과학자를 10년짜리 논쟁으로 끌어들였고, 그 논쟁의 끝에서 세상을 바꿀 물건 하나가 탄생합니다.
바로 전지, 영어로 배터리(battery)입니다.

갈바니의 발견 — 죽은 개구리가 살아 움직이다

1780년대, 이탈리아 볼로냐 대학교.
해부학 교수 루이지 갈바니는 개구리를 해부하고 있었습니다.

갈바니는 의사이자 과학자였어요.
그 시절 과학자들은 개구리를 즐겨 연구했습니다.
개구리 다리의 근육이 전기 자극에 민감하게 반응했거든요.
일종의 살아 있는 측정기였던 셈이죠.

어느 날, 조수가 메스로 개구리 다리 근처의 신경을 건드렸습니다.
그 순간, 옆에 놓인 정전기 발생 장치에서 스파크가 튀었어요.
그런데 놀라운 일이 벌어졌습니다.
죽은 개구리의 다리가 퍼덕 움직인 겁니다.

갈바니는 깜짝 놀랐습니다.
죽은 지 한참 된 개구리가 어떻게 움직이지?

그는 수백 번의 실험을 반복합니다.
개구리 다리에 서로 다른 금속 두 개를 대봤어요.
구리 갈고리와 철 난간에 개구리 다리를 걸었더니, 다리가 또 꿈틀거렸습니다.

갈바니는 결론을 내립니다.
"개구리의 몸속에 전기가 흐르고 있다!"
그는 이것을 '동물 전기'라고 불렀습니다.

쉽게 말하면 이런 주장이에요.
개구리 자체가 일종의 배터리라는 겁니다.
근육 안에 전기가 저장되어 있고, 금속이 그 전기를 꺼내주는 스위치 역할을 한다는 거죠.

마치 레몬에 전기가 들어있다고 말하는 것과 비슷합니다.
레몬에 동전 두 개를 꽂으면 작은 전구가 켜지거든요.
그때 "레몬이 전기를 만든다!"고 생각하기 쉽죠.

갈바니의 논문은 유럽 과학계를 뒤흔들었습니다.
"동물의 몸에 전기가 있다니!"
사람들은 열광했어요.
프랑켄슈타인 소설이 이 실험에서 영감을 받았다는 이야기도 있을 정도입니다.

하지만 이 주장을 읽고 고개를 갸우뚱한 사람이 있었습니다.

볼타의 반격 — 비밀은 개구리가 아니라 금속이다

이탈리아 북쪽 코모 시.
물리학 교수 알레산드로 볼타는 갈바니의 논문을 읽고 처음에는 감탄했습니다.
"대단한 발견이군."

하지만 실험을 직접 따라 해보면서 의심이 싹텄습니다.

볼타가 주목한 건 이 부분이었어요.
개구리 다리가 움직이려면, 항상 서로 다른 금속 두 개가 필요했습니다.
구리와 철.
구리와 아연.
같은 금속 두 개를 쓰면?
아무 일도 일어나지 않았어요.

볼타는 생각합니다.
"잠깐, 진짜 주인공은 개구리가 아니라 금속 아닌가?"

그래서 볼타는 과감한 실험을 합니다.
개구리를 완전히 치워버린 거예요.
대신 자기 혀 위에 서로 다른 금속 동전 두 개를 올렸습니다.

구리 동전과 아연 동전을 혀 위아래로 놓고, 동전 끝을 철사로 연결했어요.
그 순간, 혀에서 톡 쏘는 맛이 느껴졌습니다.
시큼하면서도 금속적인 맛.
이건 전기가 흐르고 있다는 증거였어요.

개구리 없이도 전기가 만들어졌습니다!

볼타의 결론은 갈바니와 정반대였습니다.
"전기를 만드는 건 동물의 몸이 아니라, 서로 다른 두 금속이다."
"개구리는 전기를 만든 게 아니라, 전기가 흐르는 길(전선) 역할을 했을 뿐이다."

비유로 설명해볼게요.
여러분이 수도꼭지를 틀었더니 물이 나왔다고 합시다.
갈바니는 "수도꼭지가 물을 만들었다!"고 주장한 거예요.
볼타는 "아니야, 물은 수도관에서 온 거야. 꼭지는 그냥 열어준 것뿐이야"라고 반박한 거죠.

이렇게 두 과학자의 10년짜리 편지 논쟁이 시작됩니다.
갈바니는 동물 전기를 주장하고, 볼타는 금속 전기를 주장하고.
학회가 갈라지고, 과학자들이 편을 나누었습니다.
유럽 과학계의 가장 뜨거운 토론이었어요.

그리고 볼타는 말로만 싸우지 않았습니다.
자기 이론을 증명할 결정적 증거를, 직접 만들기로 합니다.

동전 탑을 쌓았더니 전기가 나왔다

1800년, 볼타는 역사적인 물건을 완성합니다.

만드는 법은 놀라울 정도로 단순했어요.
마치 샌드위치를 쌓듯이 만들었거든요.

재료는 세 가지뿐입니다.
구리 원판 하나.
아연 원판 하나.
소금물에 적신 천 조각 하나.

이 세 가지를 순서대로 쌓습니다.
구리 — 젖은 천 — 아연.
구리 — 젖은 천 — 아연.
구리 — 젖은 천 — 아연.

이렇게 동전 탑처럼 높이 쌓아 올리면?
탑의 맨 위와 맨 아래를 철사로 연결하는 순간, 전기가 흐르기 시작합니다.

이것이 바로 볼타 전지, 영어로 "Voltaic Pile"입니다.
인류 최초의 전지.
세상에서 처음으로 끊기지 않는 전기 흐름을 만들어낸 장치예요.

왜 이게 대단하냐고요?
그전까지 인류가 전기를 만드는 방법은 딱 하나였습니다.
정전기.
풍선을 머리에 비비면 머리카락이 쭈뼛 서는 것, 그게 정전기예요.
하지만 정전기는 번쩍! 하고 한 번 튀면 끝입니다.
연속으로 흐르지 않아요.

볼타 전지는 달랐습니다.
스위치를 켜면 물이 졸졸 흐르는 수도관처럼, 전기가 계속 흘렀습니다.
이것이 혁명이었어요.
연속적인 전기 흐름이 있어야 무언가를 '작동'시킬 수 있으니까요.

소식은 삽시간에 퍼졌습니다.
당시 유럽을 호령하던 나폴레옹 보나파르트도 이 소식을 들었어요.
나폴레옹은 과학에 관심이 많은 사람이었습니다.
그는 볼타를 파리로 초대합니다.

1801년, 프랑스 학술원.
화려한 홀에 과학자들과 귀족들이 모여 있습니다.
볼타가 자신의 동전 탑을 세우고, 철사를 연결하자 스파크가 튀었습니다.
나폴레옹은 감탄하며 볼타에게 금메달을 수여하고, 백작 작위까지 내렸습니다.

과학자가 황제 앞에서 동전 탑을 쌓아 보인 이 순간.
이것이 전기 시대의 공식적인 개막이었습니다.

아, 그리고 하나 더.
우리가 배터리의 세기를 나타낼 때 쓰는 단위, 볼트(V).
스마트폰 충전기에 적힌 5V, 건전지에 적힌 1.5V.
그 V가 바로 이 사람, 알레산드로 볼타의 이름에서 따온 것입니다.

주머니 속 작은 혁명

볼타 전지가 세상에 나온 뒤, 놀라운 일들이 줄줄이 일어났습니다.

발명 직후, 영국의 과학자들이 볼타 전지로 물을 분해하는 데 성공합니다.
물이 수소와 산소로 나뉜다는 사실을 처음 확인한 거예요.
화학이 완전히 새로운 단계로 접어들었습니다.

1830년대, 볼타 전지의 후손인 개량 전지가 전신기를 작동시킵니다.
전선을 따라 먼 도시까지 메시지를 보낼 수 있게 되었어요.
인류 역사상 처음으로 빛보다 빠른 통신이 아닌, 하지만 말보다 빠른 통신이 가능해진 순간입니다.

1879년, 토머스 에디슨이 전구를 실용화합니다.
전기를 빛으로 바꾼 거예요.
밤이 낮이 되었습니다.

그리고 시간이 흘러, 전지는 점점 작아지고 강해졌습니다.
납축전지, 니켈 전지, 그리고 지금 여러분의 스마트폰 속에 들어있는 리튬이온 전지까지.
모양은 완전히 달라졌지만, 원리의 뿌리는 같습니다.
서로 다른 두 물질 사이에서 전기가 흐른다는 것.
볼타가 혀 위에서 느꼈던 그 톡 쏘는 감각이, 230년 뒤 여러분의 손안에 있는 겁니다.

그럼 갈바니는 틀렸을까요?
재미있게도, 완전히 틀린 건 아니었습니다.
우리 몸의 신경은 실제로 전기 신호로 작동하거든요.
심장이 뛰는 것도, 손가락이 움직이는 것도, 뇌가 생각하는 것도 모두 전기 신호 덕분입니다.
갈바니가 "동물에게 전기가 있다"고 한 말은 방향이 좀 달랐을 뿐, 핵심은 맞았어요.

결국 두 사람의 논쟁은 둘 다 옳았던 셈입니다.
갈바니는 생체 전기의 존재를 발견했고, 볼타는 화학 전지를 발명했으니까요.
과학에서 논쟁이란, 누가 이기느냐의 싸움이 아닙니다.
서로 부딪히면서 진실에 더 가까이 가는 과정이에요.

자, 이제 충전기를 꽂을 때 한번쯤 떠올려보세요.
230년 전, 이탈리아의 한 과학자가 혀 위에 동전을 올리고 톡 쏘는 맛을 느꼈던 그 순간을.
그 작은 호기심이, 지금 당신의 스마트폰을 살려내고 있습니다.