뉴턴이 떨어지는 사과를 보고 만유인력에 대한 영감을 얻었다는 유명한 일화가 있다. 물론 그러한 일화를 사실 그대로 받아 들이기는 힘들 것이다. 만유인력의 법칙을 미적분을 통해 수학적으로 증명하기 위해, 뉴턴이 무려 20년의 세월 동안 노력했다는 사실을 고려한다면 말이다. 다만, 한 가지 주제를 놓고 사고 하는 뉴턴의 집중력이 남달랐음을 말해주는 일화 정도로 이해하면 좋을 것 같다. 실제로 그는 친구와의 저녁 식사 약속을 잊어 버리고 외출하여 밤늦게 귀가했다가, 준비된 요리를 다 먹고 기다리는 친구와 텅 빈 요리 접시를 보고, "참1 우리가 이미 저녁을 먹었지"라고 말했다고 한다. 한 번 생각에 빠져 몰두하게 되면 다른 일은 모두 잊어 버리는 사람이었던 것이다. 아이작 뉴턴(Isaac Newton: 1642~1727)은 이른바 만유인력의 법칙을 발견하여 수학적으로 공식화시켰음을 물론, 미적분학을 발명했고, 갈릴레오의 이론의 확장하여 운동의 세 가지 법칙을 완성했으며, 빚의 성질에 대한 이론을 세우고, 프리즘을 이용하여 백색광이 사실은 일곱 가지 무지개 색으로 이루어져 있음을 보였고, 세계 최초로 반사망원경을 직접 제작하기도 했다. 실로 근대 수학 및 자연과학의 체계를 완성시킨 학자였다고 할 수 있다. 그의 주저라 할 수 있는 [프린시피아](또는 [프린키피아]), 즉 '자연 철학의 수학적 원리'(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)는 그 때 까지 나온 모든 자연과학 관련 저서 중에서 가장 위대한 것으로 평가 받는다. 뉴턴은 8년에 걸쳐 그 책의 집필을 준비했으며, 본격적으로 집필에 착수한지 18개월만에 완성, 1687년에 출간했다. 중요하고 권위 있는 저술은 라틴어로 집필해야 한다는 당시의 관행에 따라 본래 라틴어로 집필했는데, 그가 죽은지 2년 뒤인 1729년까지는 영어로 출간되지 않았다. 구성을 보면 서론과 3권으로 구성된 본론으로 이루어져 있다. 제1권은 운동의 3법칙을 수학적으로 설명하면서 질량, 운동량, 힘, 절대시간, 절대공간, 절대운동 등의 개념을 규정하는 내용이다. 잘 알려져 있듯이, 운동의 제1법칙은 정지한 물체는 변화가 없는 한 같은 속도, 같은 방향으로 운동한다는 '관성의 법칙'이다. 그리고 제2법칙은 힘의 양은 운동의 변화율 즉 가속도로 측정될 수 있다는 법칙이며, 제3법칙은 작용이 반작용을 일으키게 되는데 이 둘은 같고 단지 방향만 반대라는 것, 즉 '작용 반작용의 법칙'이다. 제2권은 물체의 저항에 대하여 집중적으로 논하는 내용이다. 유체역학, 예를 들어서 가장 작은 저항을 받을 때의 배의 모양 같은 것을 거론하고, 속도에 비례하는 저항의 문제, 중력의 작용과 유체의 관계 문제 등을 다룬다. 제3권에서 뉴턴은 지구의 물체의 운동에서 볼 수 있는 원리를 전 우주에 적용하고 있다. 목성, 토성, 태양, 지구의 중력을 결정한 뒤, 임의의 두 지구체 사이의 인력은 그 두 질량을 곱한 것에 정비례하고, 또한 그것들의 중심간의 자승에 반비례함을 수학적으로 보임으로써, 결국 만유인력의 법칙을 전 우주로 보편화시켰던 것이다. 그밖에 태양과 달의 인력이 지구의 바다에 미치는 영향, 달의 궤도에 미치는 태양의 인력의 영향, 혜성의 주기성 궤도운동 등에 대해서도 수학적으로 설명한다. 뉴턴은 물질의 현재 위치와 속도를 운동방정식에 대입하기만 하면, 그 물질의 현재 운동 상태와 장래 운동까지 완벽하게 파악할 수 있다고 보았다. 물체의 운동에서 시간과 공간이 고정불변의 상수로 전제되어 있는 셈이다. 이에 따라 뉴턴의 우주관을 가리켜서 보통 절대적인 시공간의 우주관이라고도 부른다. 뉴턴이 고안안 미분 방정식을 통해 실제로 일식, 월식, 바다의 조수, 혜성의 출현 등을 정확하게 예측할 수 있다고 한다. 그러한 뉴턴의 영향으로, 사람들은 자신이 살고 있는 우주를 하나의 거대한 기계 시계처럼 생각하게 되었다. 크고 작은 많은 톱니바퀴들이 서로 정확하게 맞물려 있어, 어김없이 바늘을 돌리는 그런 기계식 시계. 결국 모은 자연 현상을 일반적이고 포괄적인 몇 가지 법칙으로 설명할 수 있으리라는 자신감을 지니게 되었던 것이다. 물론 오늘날에는 그러한 자신감에 차 있는 사람은 드물다. 자연 속에 숨겨져 있는 다양성과 예측불가능성의 위력은 대단한 것이어서, 뉴턴이 생각했던 것과는 달리, 자연 현상을 완벽하게 예측하기 힘들다는 것이 밝혀진 것이다. 물론 그렇다고 해서 뉴턴의 업적이 지니는 가치가 손상되는 것은 결코 아니다. 다만 뉴턴이 확립한 물체의 운동 법칙으로도 설명 또는 예측하기 곤란한 측면에 자연에는 적지 않다는 사실을 깨닫게 되었다고 할까. 여하튼, 아직까지도 우리는 뉴턴의 우주 속에 살고 있다고 해도 과언이 아니다. 뉴턴으로 인해 인간은 비로소 수학이라는 이성의 언어를 통해 우주를 이해할 수 있게 되었던 것이다. 목록으로 |
