뉴턴의 프린키피아 최고가 경신
비행기 원리·빅뱅·파동이론 등 지금까지 유효한 역학 법칙 실려‘지적 보폭 가장 큰 산물’ 극찬
세계에서 가장 비싼 몸값, 올해 나이 330살.
위키피디아 제공
330살을 코앞에 둔 지난달 14일 ‘프린키피아’는 전 세계의 이목을 집중시켰습니다. 미국 뉴욕에서 열린 크리스티 경매에서 첫 번째 유럽판이 370만 달러(약 44억원)에 낙찰됐다는 소식 때문입니다. 제임스 2세에게 선물한 영국판 ‘프린키피아’도 2013년 경매에 나와 250만 달러에 낙찰돼 가장 비싼 과학책이라는 명성을 얻었는데 이번에 다시 한번 그 기록을 뛰어넘은 것입니다. 뉴턴이 쓴 수기 원고와 1687년에 나온 첫 번째 인쇄본(초판본)은 영국 왕립학회에서 국보급 유물로 지정해 보관하고 있습니다.
상대성 이론을 발표해 뉴턴이 만든 고전물리학의 세계를 뒤집었다는 평가를 받는 알베르트 아인슈타인도 ‘프린키피아’를 두고 “인류가 만든 것 중에서 지적 보폭이 가장 큰 산물”이라고 극찬을 하기도 했습니다.
총 3권으로 구성된 ‘프린키피아’는 1684년 뉴턴이 왕립학회에 제출한 ‘물체의 궤도 운동에 관하여’(De motu corporum in gyrum)라는 짧은 논문에서 시작됐습니다. 이 논문은 평소 가깝게 지내던 천문학자 에드먼드 헬리(헬리혜성의 발견자)가 ‘거리의 제곱에 반비례하는 힘이 행성에 작용할 때 행성의 궤도가 어떻게 되겠느냐’는 질문에 대한 답이었습니다. 타원궤도와 케플러의 2, 3법칙을 수학적으로 깔끔하게 증명한 논문을 본 헬리는 너무 놀라 역학과 천문학 전반을 정리한 책을 집필해보라고 강하게 권유했고 자신이 직접 원고를 교정하는 한편 자신의 지갑까지 털어서 출판비용을 댔다고도 합니다.
이렇게 나온 ‘프린키피아’ 1권에는 관성의 법칙, ‘F=ma’로 알려진 가속도의 법칙, 작용-반작용 법칙 등 힘을 받는 물체의 운동 궤적을 계산하는 방법이 실려 있습니다. 2권에는 저항이 있는 공간에서 물체의 움직임을 다루면서 그때까지 과학계를 지배해왔던 데카르트 이론이 틀렸음을 증명했습니다. 마지막 3권에는 뉴턴 하면 가장 먼저 떠오르는 ‘만유인력’을 이용해 행성의 궤도와 주기, 지구의 조수간만에 이르기까지 광범위한 현상을 설명하고 있습니다.
사실 ‘프린키피아’는 쉽게 읽히는 책은 아닙니다. 당시 최첨단 수학인 미적분과 극한의 개념을 적용해 지금 봐도 책의 완성도가 높기 때문입니다. 수학적 완성도는 차치하고서도 ‘프린키피아’에서 주목해야 할 부분은 아리스토텔레스에서 데카르트에 이르기까지 당대 과학과 철학을 지배하고 있던 논의 자체를 대체했다는 것입니다. 특히 데카르트까지는 형이상학과 요즘 과학이라고 불리는 자연철학을 구별하지 않고 함께 다루었지만 뉴턴은 여기서 자연철학만 빼내 논의함으로써 과학이 독자적인 길을 걸을 수 있게 만들었다는 데 큰 의미가 있습니다.
많은 과학자들이 ‘프린키피아’에서 가장 주목해야 하는 부분은 2권에 나오는 가속도의 법칙이라고 합니다. 이 법칙은 아인슈타인의 상대성이론으로 뉴턴 역학체계 전체가 뒤집히는 과정에서도 바뀌지 않고 살아남았습니다. 실제로 가속도의 법칙은 비행기가 뜨는 기본 원리인 베르누이 정리도 그렇고 빛의 파동이론, 쓰나미, 혈액의 흐름, 빅뱅에 이르기까지 다양한 곳에서 여전히 적용되고 있기 때문이지요.
사실 뉴턴은 독특하고 이상한 생각을 많이 하는 괴짜 과학자였습니다. 괴짜들의 생각은 사회적 통념을 벗어나는 경우가 많습니다. 매년 10월 노벨과학상 수상자를 기대하는 우리나라에서는 이런 괴짜들의 생각을 받아들일 수 있는 사회적 그릇이 만들어져 있을까요? 먼저 생각해야 할 부분입니다.
edmondy@seoul.co.kr
2017-01-03 23면
