1800~1970년 사이의 주요 발명 190건을 검토해 ‘우연한 발명’의 빈도를 추정하고, 대표 사례와 분야별 패턴(특히 화학)의 특징을 분석한다.
윌리엄 퍼킨, 모브 염료의 발명가.
19세기 가장 중요한 발명 중 하나는 모브 염료였다. 최초의 합성 아닐린 염료인 모브는 1856년 윌리엄 퍼킨이 석탄타르에서 처음 합성했으며, 이로부터 전체 합성 염료 산업이 탄생했다. 몇 년 사이 마젠타, 아닐린 블루, 아닐린 옐로, 아닐린 블랙 같은 다른 아닐린 염료들이 잇따라 발견되었고, 이들을 제조하기 위한 대규모 산업 공정이 생겨났다. 합성 염료 산업은 궁극적으로 19세기 말(석탄과 석탄타르를 주된 원료로 사용하며) 산업 화학 산업으로 진화했다. 합성 염료 제조는 또한 더 나은 염료와 염색 공정을 만들기 위한 새로운 화학 지식을 발굴하기 위해 최초의 산업용 R&D 연구소가 등장한 분야이기도 하다.
모브는 그 산업적 파급력 외에도 우연히 발명되었다는 점에서 주목할 만하다. 퍼킨은 말라리아 치료제인 키니네를 합성하려다 모브를 우연히 발견했다. 키니네는 키나나무 껍질에서만 얻을 수 있었다. 시도 중 하나에서 퍼킨은 무색의 키니네 대신 붉은 가루가 생긴 것을 발견했다. 예상치 못한 이 산물을 더 조사하자 검은 잔사가 생겼고, 이를 알코올에 녹이니 밝은 보랏빛 용액이 만들어졌다.
우연한 발명의 사례는 이 밖에도 수없이 많다. 유명한 것만 해도, 고무의 가황 공정은 찰스 굿이어가 1839년에 수년간의 헛된 내구성 개선 시도 끝에, 고무·황·백연 혼합물을 뜨거운 난로 위에 실수로 쏟으면서 발견했다. 고어텍스는 좌절한 로버트 고어가 가열된 PTFE(테플론) 막대를 잡아당기다가, 수백만 개의 미세 기공을 가진 재료를 우연히 만들어 탄생했다. 티타늄 의료용 임플란트는 로베르트 브래네마르크가 토끼에 티타늄 재질의 카메라를 이식하다 티타늄이 뼈와 결합한다는 우연한 발견에서 출발했다. 듀코 급건조 자동차 도료, 샴페인, 페니실린 — 예시는 계속된다.
기술 진보의 본질에 관심이 있기에, 우연한 발명이 얼마나 흔한지 감을 잡고 싶었다. 그래서 이전에 복수 발명의 빈도를 추정할 때 썼던 위키피디아의 역사적 발명 타임라인을 다시 살폈다. 1800년부터 1970년까지의 모든 발명(총 190건)에 대해, ‘우연한’으로 분류할 수 있는지를 확인했다.
여기서 ‘우연한’이란 대략 “어떤 발명이 작동하는 1차적 또는 주요 메커니즘이 의도하지 않게 만들어지거나 발견되는 것”을 뜻한다. 발명이 처음부터 완전한 형태로 나타날 필요는 없고, 작동을 가능하게 하는 기본 요소만이면 된다. 따라서 알렉산더 플레밍이 페니실린을 우연히 발견한 것은, 플레밍의 관찰을 실질적인 약으로 만드는 데 수년의 의도적 노력이 필요했음에도, ‘우연한 발명’으로 간주된다.
특정 문제를 해결하려는 의도적 탐색은 최종 발견에 우연의 요소가 개입했더라도 ‘우연한’으로 보지 않았다. 예컨대 에디슨이 백열전구용 필라멘트 재료를 수백 가지 시험해 적절한 것을 찾은 사례는 우연한 발명이 아니다. 반대로, 의도적 탐색이 전혀 다른 결과로 이어진 경우는 우연한 것으로 본다. 예를 들어, 나는 해리 브리얼리가 총열에 사용할 내침식성 강을 찾다가 우연히 스테인리스강을 발견한 사례를 우연한 발명으로 분류했다.
또한 누군가가 발명의 아이디어를 우연히 혹은 세렌디피티하게 떠올린 것은 포함하지 않았다(아이디어의 기원을 논할 때 ‘우연’이라는 개념은 다소 모호해지는데, 특정 아이디어가 왜 떠오르는지 알기 어려운 경우가 많기 때문이다). 그래서 로버트 개어가 우연히 잘린 종이봉투를 보고 사전 재단 골판지 상자의 아이디어를 얻은 사례는 우연한 발명으로 보지 않았다.
어떤 발명이 우연한지 판단하는 데에는 발명가의 심리 상태를 알아야 하는데, 이는 기록되지 않았거나, 역사적 재서술 과정에서 과장되었을 수 있다는 점이 어려움이다. 예를 들어 월터 헌트의 안전핀 발명은 종종 우연으로 묘사되지만, 헌트가 발명 당시 무슨 생각을 했는지 ‘핀으로 고정하듯(농담!)’ 정확히 짚어내기는 매우 어렵다. 우리가 확실히 아는 것은, 헌트가 제도사 JR 채핀에게 진 빚을 갚기 위해 3시간 만에 발명했다는 것뿐이다. 헌트는 낡은 철사를 비틀어 떠오르는 아이디어의 권리를 채핀에게 양도하기로 합의했다. 무작위로 철사를 비틀다 우연히 핀에 이르렀을 가능성도 있지만, 꼭 그래야만 했던 것은 아니다. (나는 안전핀을 우연한 발명 목록에 넣지 않았다.)
종합하면, 1800~1970년 사이 위키피디아가 ‘주요’ 발명으로 꼽은 190건 중, 나는 14건(7% 조금 넘는 수준)을 우연한 발명으로 분류했다.
목록이 짧으니 하나하나 열거해 보자. 앞서 언급한 네 가지(가황 고무, 모브, 스테인리스강, 페니실린)에 더해, 나머지 발명들은 다음과 같다.
청진기는 1816년 프랑스 의사 르네 라에넥이 과체중 여성 환자의 심장 박동을 듣고 싶었지만 귀를 가슴에 직접 대는 것을 주저하면서 발명되었다. 라에넥은 소리가 고체를 통해 전달될 수 있음을 떠올리고 종이를 말아 한쪽 끝을 환자의 가슴에, 다른 끝을 자신의 귀에 댔다. 라에넥은 “귀를 직접 대는 것보다 훨씬 더 또렷하게 그 환자의 심장 박동을 들을 수 있어서 놀라고 기뻤다”고 했고, “이 방법은 심장 박동뿐 아니라 흉강 내에서 소리를 내는 모든 움직임을 연구하는 데 필수적인 방법이 될 수 있다”는 것을 깨달았다.
폴리염화비닐(PVC)은 프랑스 화학자 앙리 레뇨가 1838년에 비닐 클로라이드 가스를 담은 용기가 햇빛에 노출되면서 그 일부가 PVC로 변하는 현상을 통해 의도치 않게 처음 합성되었다. 레뇨는 이 물질로 아무 작업도 하지 않았고, PVC 생산에 대한 특허는 1913년에야 출원되었다.
알렉산더 그레이엄 벨의 전화에서 결정적 도약은 1875년 벨이 하모닉 전신 개발 작업을 하던 중 우연히 이루어졌다(서로 다른 주파수를 사용해 하나의 선으로 여러 메시지를 보내는 장치). ‘Telephone’에서 인용하면 다음과 같다.
늘 그렇듯 장치는 제대로 작동하지 않았다. 왓슨이 정밀하게 조율된 음 높이로 진동하도록 발신 리드의 키를 눌렀지만, 그에 대응하는 수신 리드 중 하나는 완강히 반응하지 않았다. 벨의 지시에 따라, 왓슨은 말을 듣지 않는 발신 리드를 손가락으로 뜯기 시작했다. 갑자기 다른 방에서 외침이 들렸고, 곧 벨이 흥분해서 방으로 뛰어들어와 “지금 뭐 했소? 아무것도 바꾸지 마시오!”라고 외쳤다. 미세하지만 분명하게, 벨은 리드의 소리를 들었다. 너무 세게 조정된 접점 나사가, 원래 간헐적이어야 할 발신 전류를 우연히 연속 전류로 만들었던 바로 그 순간에, 왓슨의 뜯기에 의해 생긴 공기 진동이 그 전류를 소리 신호로 변조해 실어나른 것이었다.
X선은 1895년 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 음극선관1 실험을 하던 중 우연히 발견한 것으로 유명하다.
…갑자기 관으로부터 약 1야드 떨어진 작은 받침대 위에서, 약하게 반짝이는 빛을 보았다. 마치 유도 코일에서 나온 빛줄기나 희미한 불꽃이 거울에 반사된 듯했다. 그는 이것이 가능하다고 믿지 않았고, 관에 또 한 번 방전을 가했다. 그러자 다시 같은 형광이 나타났고, 이번에는 옅은 녹색 구름처럼 보였다… 크게 흥분한 뢴트겐은 성냥을 켰고, 놀랍게도 그 신비한 빛의 근원이 받침대 위에 놓인 작은 바륨 플라티노시아나이드 스크린이라는 것을 발견했다. 그는 실험을 몇 번이고 반복했고, 매번 작은 스크린을 관에서 더 멀리 옮겼지만 결과는 같았다. 이 현상을 설명할 수 있는 방법은 하나뿐인 듯했다. 분명히 히트르프-크룩스관에서 무언가가 나와, 그의 음극선 실험에서 관측했던 것보다 훨씬 먼 거리에서도 그 형광 스크린에 효과를 내고 있었던 것이다…
폴리에틸렌은 독일 화학자 한스 폰 페히만이 1898년에, 디아조메탄의 분해 반응을 조사하던 중 “흰색의 밀랍 같은 물질”을 발견하면서 처음 만들어졌다. 그러나 아무런 활용이 이루어지지 않았고, 실제 산업적 사용은 1933년 ICI 화학자들이 또 한 번의 우연한 방식으로 폴리에틸렌을 만들 때까지 기다려야 했다.
**방탄 유리(세이프티 글라스)**는 프랑스 예술가 에두아르 베네딕투스가 1903년에 선반에서 떨어져 깨진 유리병이 모양을 유지하는 것을 보고 발명했다. 그 병에는 원래 콜로디온(니트로셀룰로오스의 알코올/에테르 용액)이 들어 있었는데, 액체가 증발하면서 깨진 유리 조각을 붙잡아 두는 “셀룰로이드성 에나멜”이 남았다. 6년 뒤, 베네딕투스는 두 장의 유리판을 플라스틱 셀룰로이드 코어에 접합한 “트리플렉스” 방탄 유리를 만들었다.
초흐랄스키 단결정 인출법은 1916년 폴란드 화학자 얀 초흐랄스키가 만년필을 먹 대신 녹은 주석이 든 도가니에 무심코 담갔다가 발명되었다. 펜을 빼자 길게 늘어선 주석 가닥이 따라 나왔고, 식힌 뒤 조사해 보니 단결정이었다.
전자레인지의 핵심 원리는 1945년 레이시온의 페리 스펜서가 자신이 작업하던 마이크로파 레이더 옆에서 주머니 속 초콜릿 바가 녹아 있는 것을 보고 우연히 알아냈다.
실리콘 태양광 PV 셀의 메커니즘, 즉 빛이 실리콘 내부의 p-n 접합에 닿아 전류를 만들어 내는 현상은 1940년 벨연구소에서 우연히 처음 발견되었다.
벨연구소의 엔지니어 러셀 올은 균열이 있는 실리콘 막대가 이상한 전기적 거동을 보인다는 점, 특히 빛을 비추면 놀랄 만큼 강한 전류가 흐른다는 점을 알아차렸다. 실리콘을 채취해 조사한 결과, 균열의 양쪽에 약간씩 다른 화학적 조성이 존재한다는 것을 발견했다. 문제의 실리콘 막대는 용광로에서 만들어진 실리콘 잉곳에서 잘라낸 것이었는데, 올의 막대가 잘려 나온 잉곳은 균열을 방지하려고 꺼낸 뒤 매우 천천히 냉각되었다. 식는 동안 불순물이 이동했는데 — 가벼운 불순물은 위로, 무거운 불순물은 아래로 이동했다. 이 서로 다른 불순물이, 두 영역을 가르는 균열 부위에서 광전 현상을 일으키고 있었다. 올은 우연히 p-n 접합, 즉 반도체 기술의 기본 구성 요소이자 현대 태양전지의 핵심을 발견한 것이다.
케블라는 1965년 듀폰에서 스테파니 크볼렉이 난연성 폴리아미드 섬유의 새로운 유형을 합성하던 중, 특이한 성질을 가진 섬유를 우연히 발견하면서 만들어졌다.
예상과 달리, 특정 조건에서 다수의 폴리아미드 분자가 서로 평행하게 정렬돼 탁한 액정성 용액을 형성한다는 사실을 알아냈다. 대부분의 연구자라면 점성이 높고 투명해야 한다는 통념과 달리, 유동적이고 탁하다는 이유로 이 용액을 버렸을 것이다. 하지만 크볼렉은 모험을 걸어 그 용액을 방사했고, 그 결과 기존 어느 섬유보다 강하고 뻣뻣한 섬유를 얻었다. 이 돌파구는 찢김, 총탄, 극한 온도 등 각종 조건에 강한 새로운 제품군의 가능성을 열었다.
여기서 보이는 가장 두드러진 패턴은, 이들 발명의 다수가 — 14건 중 8건 — 화학 발명이라는 점이다. 우연한 발명은 내가 이전에 화학 분야로 분류했던 47건(1800~1970년) 중 약 17%를 차지한다.2 이는 놀랍지 않다. 화학 현상은 매우 불투명해(우리를 자주 놀라게 하고), 상대적으로 적은 의도적 노력만으로도 만들어낼 수 있다. 다른 화학물을 섞거나 적절한 조건에 노출하는 것만으로도 새롭고 가치 있는 화학물질이나 화학 공정이 만들어질 수 있다. 고무 가황은 화학 혼합물이 뜨거운 난로에 쏟아지면서 발명되었고, 듀코 도료는 정전으로 며칠간 방치된 니트로셀룰로오스와 아세트산나트륨 배치에서 탄생했다. 반면, 새로운 유용한 기계를 우연히 만들어내기는 훨씬 더 어려워 보인다. 부분적으로는 우리가 물리적 대상의 거동을 화학물질보다 훨씬 더 쉽게 예측할 수 있기 때문이다. 이미 무슨 일이 일어날지 알면 ‘우연’은 일어나지 않는다. 전기 현상도 인간의 감각에 불투명하고 직관적으로 예측되지는 않지만, 흥미로운 조합을 만들어 내려면 이동하는 전하를 만들고 형상을 부여하기 위한 많은 의도적 노력이 필요한 듯하다. 그러나 화학 반응은 대개 인간의 개입이 많지 않아도 스스로 일어난다.
또 하나 눈에 띄는 점은, 대부분의 우연한 발명(14건 중 11건)이 의도적인 연구나 다른 것을 발명하려는 시도의 부산물이었다는 사실이다. 퍼킨이 키니네를 합성하려다 모브를 만들었고, 벨과 왓슨이 하모닉 전신을 만들려다 전화의 돌파구를 얻었으며, 뢴트겐은 음극선관 실험을 하다가 X선을 발견했다. 오직 세 가지 — 청진기, 방탄 유리, 전자레인지 — 만이 의도적 과학·기술 R&D의 맥락 밖에서 일어난 사고의 산물이었다. 이것 또한 놀랍지 않다. 우연한 발명이 일어나기 위한 조건은 일상생활보다는 새로운 것을 만들거나 발견하려 할 때 더 자주 갖춰지는 듯하다.
우연한 발명의 빈도를 시간에 따라 보면, 크게 변하지 않은 것으로 보인다. 평균적으로 10년에 한 번꼴로 새 사례가 등장한다.
우연한 발명은 어떤 면에서 복수 발명의 반대다. 후자는 아이디어가 충분히 ‘자명’해 여러 사람이 동시에 떠올리는 것이고, 전자는 한편으로 아무도 그 아이디어를 ‘가지지 못한’ 만큼 비자명한 경우다. 그러나 복수 발명이 훨씬 더 흔한 듯하다 — 이 데이터셋에서 복수 발명의 비율은 약 40%인 반면, 우연한 발명은 8%가 채 되지 않았다.3
이 규칙의 주요한 예외는 화학 발명이다. 여기서는 우연한 발명의 비율(약 17%)이 복수 발명의 비율(성공 혹은 준성공 기준 33%)에 훨씬 가깝다. 비교적 예측하기 어렵지만, 비교적 만들고 다루기는 쉬운 화학 현상의 성격이 우연한 발명을 더 많이 낳고, 복수 발명은 다소 줄이는 듯하다.
X선을 ‘발명’으로 분류하는 것이 타당한지 여부는 논란의 여지가 있다고 생각하지만, 위키피디아 목록에 포함되어 있어 여기에도 넣었다.
원래는 화학 발명이 46건이었는데, 방탄 유리를 기계적 발명으로 분류했기 때문이다. 그러나 발견의 성격을 고려해 이를 화학으로 재분류했다.
우연한 발명과 복수 발명은 상호 배타적이지 않다. 예컨대 전화는 두 목록에 모두 들어간다. 벨의 돌파구는 우연했지만, 전화의 아이디어는 벨과 엘리샤 그레이가 동시에 갖고 있었다.
