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있는 그대로의 뉴턴을 보이는 뉴턴 전기이다. 과학의 위대한 인물로 칭송되었던 뉴턴의 또 다른 면모인 부모도 친구도 없이 기이할 정도로 단순하고 강박적인 삶을 산 모습도 그렸다. 뉴턴은 자연의 속성들을 상상하고 거기에 오늘날 우리 과학이 당연하게 여기는 ‘질량’, ‘중력’, ‘속도’와 같은 명칭을 부여했다.

아이작 뉴턴(Issac Newton, 1642~1727)은 1642년 부친을 여의고 원하지 않은 상태에서 석조 농가에서 태어났다. 뉴턴은 아이작 경, 조폐국장, 왕립학회 회장이 되어 자신의 초상이 메달에 새겨지고 업적이 시로 칭송되는 등 국민적 우상이 되었다. 1727년에 런던에서 뉴턴이 사망했을 때 그 명성이 너무 높아 장례식이 국장으로 치러졌는데, 학계에서 업적을 이룬 사람에게 이런 영예가 주어진 사례는 없었다.

“엄선된 자서전 …… 인간 뉴턴이 그늘에서 모습을 드러내다”
아이작 뉴턴(Issac Newton, 1642~1727)은 1642년 부친을 여의고 원하지 않은 상태에서 석조 농가에서 태어났다. 뉴턴은 아이작 경, 조폐국장, 왕립학회 회장이 되어 자신의 초상이 메달에 새겨지고 업적이 시로 칭송되는 등 국민적 우상이 되었다. 1727년에 런던에서 뉴턴이 사망했을 때 그 명성이 너무 높아 장례식이 국장으로 치러졌는데, 학계에서 업적을 이룬 사람에게 이런 영예가 주어진 사례는 없었다. 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지 시절 성마른 성격의 뉴턴은 자연의 속성들을 상상하고 거기에 오늘날 우리 과학이 당연하게 여기는 ‘질량’, ‘중력’, ‘속도’와 같은 명칭을 부여했다. 아리스토텔레스에게서 영감을 받고 갈릴레오의 발견과 데카르트의 철학에 고무된 뉴턴은 붙잡을 수 없는 것을 파악했고 과감하게 그것을 측정했다. 이것은 당시로는 유례가 없는 정신적 도약이었다.

뉴턴의 프리즘으로 세상을 읽다

뜨거운 감자, 빛
우리는 모두 뉴턴주의자이다

빛이란 무엇일까? 뉴턴은 마음속에 그 상을 그리고 있었다. 광선은 입자의 흐름, 미립자 즉, 움직이는 물질적 실체라는 것이다. 데카르트는 빛이 에테르 속에서 나타나는 압력이고, 색은 에테르 입자의 회전 결과라고 생각했다. 훅은 이에 반대하면서 빛은 소리처럼 에테르의 진동 혹은 파동인 펄스라고 주장했다. 뉴턴은 훅의 이론에 짜증이 났다. 그리고 자신이 갖고 있던 『마이크로그라피아』라는 책에 메모를 했다. “데카르트가 실수를 범했다면 훅도 마찬가지이다.” 뉴턴이 파동이론에 반대하는 논변은 단순했다. 빛은 (소리와 달리) 모퉁이를 돌지 못한다는 것이다.

“왜 빛은 소리처럼 직선에서 비껴가지 못하는가?” 뉴턴은 이 메모에 빛이 한정된 속도로 움직이면서 눈에 충돌하는 작은 알갱이라고 적고 있다. 서신에서 뉴턴은 광선에 대해 추상적인 입장을 고수했다.
“보다 절대적으로 빛이란 무엇이고 …… 어떠한 양식이나 행위가 우리 마음속에 빛의 환영을 만들어 내었는가를 결정하기는 그리 간단한 일이 아니다. 그리고 나는 추측을 확실성과 뒤섞지는 않을 것이다.”
-‘제7장 저항과 반발’ 중에서

아리스토텔레스에게서 영감을 받고 갈릴레오의 발견과 데카르트의 철학에 고무된 뉴턴은 붙잡을 수 없는 것을 파악했고 과감하게 그것을 측정했다. 이것은 당시로는 유례가 없는 정신적 도약이었다. 그 이후로 우리는 시간과 공간, 힘과 질량에 대한 책을 읽거나 연구하기 훨씬 전부터 뉴턴의 방식으로 그것들을 이해한다.

아인슈타인은 뉴턴이 묶어 놓은 핀에서 시공을 흔들어 풀어놓았다. 그럼에도, 그는 뉴턴의 시공 속에서 살았다. 그것은 기하학적 엄밀함과 우리가 보고 감각하는 세계의 독립성이라는 절대성이었다. 그는 뉴턴이 주조한 연장들을 기꺼이 휘둘렀다. 아인슈타인은 뉴턴에 대해 이렇게 말했다. “누구도 뉴턴의 위대한 업적이 이 이론(상대성이론)이나 그 밖의 어떤 이론에 의해 진짜 대체 될 수 있다고 가정해서는 안 된다. 그의 위대하고 명료한 개념들은 자연철학의 영역에서 근대의 전체 개념 구조의 토대로서 모든 시대에 걸쳐 독특한 중요성을 유지할 것이다.”

뉴턴은 연금술사였다

20세기 초반 그의 논문에 나타난 진정한 그의 모습
차가운 이성주의자라기보다 연금술사, 이단적 신학자, 특이하고 비상한 천재

뉴턴은 청년 시절에 당시까지 인류에게 알려진 수학의 대부분을 소화하거나 재발견해서 근대 세계가 변화와 흐름을 이해하게 되는 장치인 미적분법을 발명했다. 왕성하게 활동할 시기에 뉴턴은 홀로 떨어져 이 미적분법을 혼자서만 간직했고 과학의 가장 큰 비밀인 연금술에 몰두했다. 세상에 노출되어 비판과 논쟁에 휩싸이는 것을 꺼린 뉴턴은 연구를 거의 발표하지 않았다. 우주의 수수께끼를 해독하려고 분투하며 암호처럼 숨겨진 복잡한 비밀들에 몰두했다.
연금술에서와 마찬가지로 신학에서도 뉴턴은 지난 수세기의 암흑의 역사를 통해 왜곡된 고대 진리를 탐색하면서 기쁨을 느꼈다. 지식은 길을 잃었고, 천박한 속세에 스스로를 숨기기 위해 비밀 부호로 가려졌으며, 신성 모독자들과 사제, 그리고 국왕들에 의해 왜곡되었다. 뉴턴은 신의 언어이기도한 수학에서도 마찬가지라고 믿었다. 이 모든 분야에서 뉴턴은 과거에 알려졌다가 잊힌 말과 법칙들을 되찾으려고 시도했다.

뉴턴은 한 원고에 이렇게 썼다. 그는 자신이 신의 소임을 하고 있다고 확신했다. 뉴턴은 한 원고에서 이렇게 썼다. “빛이 태어나 어두운 혼돈에서 세계가 창조되었듯이 …… 우리의 작업은 어두운 혼돈과 그 제1물질에서 시작된다.” 런던의 새로운 철학자들이 거부했던 것과는 달리, 연금술과 신학 모두에서 뉴턴은 비밀주의를 소중하게 여겼다. 거기에 공개적인 과학은 아무것도 없었다.
- ‘제10장 이단, 신성모독, 우상숭배’ 중에서

뉴턴은 평생 수십 년 동안 수백만 단어에 달하는 이단적 이론을 완성했고 자신의 주장을 정리해서 번호를 매겼다. 어떠한 심연도 뉴턴의 신학적 사유와 그의 물리학, 기하학을 갈라놓을 수 없었다. 논리는, 신의 하위에 있는 신성은 어떤 것일지라도 신에게서 기인한 것이고 신에게 의존한다는 것을 입증하기 위해 도표를 그렸다. 뉴턴은 신의 계획을 알아내기 위해 자연과 역사를 샅샅이 파고들었다.

“비밀스럽고 금지된 힘을 갈구하고 열망했던 마법사와 연금술사, 점성가와 요술쟁이들이 없었다면, 과연 과학이 생겨나서 위대해졌을 것이라고 믿는가?” -프리드리히 니체

사과가 없었다면 만유인력도 없었다?

만유인력은 우리가 항상 느끼고 있는 힘이다. 사람이 하늘을 날지 않고 땅 위를 걸어 다닐 수 있는 것은 이러한 만유인력 때문이다. 사과와 같은 물체가 땅 위로 떨어지는 것도 이 때문이다. 태양과 지구 사이에도 만유인력이 존재하여 공전운동이 가능하다. 뉴턴은 태양과 행성 사이에 작용한 인력이 두 천체의 질량과 거리에 의해 결정되므로 어떤 특정한 천체에 국한되는 것이 아니라 질량이 있는 모든 물체 사이에 작용한다고 생각했다.

만유인력의 법칙(Law of universal gravitation)
두 물체 질량의 곱에 비례하고 두 물체의 질량중심 사이 거리의 제곱에 반비례하는 인력이 작용한다.

그리스인들과 달리 뉴턴은 수학의 조화와 추상성을 자신이 사는 속된 지상계에서 확장하려고 애썼다. 사과는 천구는 아니었지만 뉴턴은 매일 25,000마일을 도는 지구상의 다른 사물들과 함께 사과 역시 우주를 날고 있다고 이해했다. 그러면 왜 사과는 줄에 매달아 돌리는 돌처럼 밖으로, 바깥쪽으로 날아가지 않고 얌전히 아래를 향해 떨어지는가? 같은 의문은 달에도 적용되었다. 달을 직선 경로에서 밀어내거나 끌어당기는 것은 무엇인가?

사실 뉴턴이 물체가 지구로 떨어진다는 사실을 떠올리는 데 사과는 필요 없었다. 그보다 앞서 갈릴레오는 이미 물체가 떨어지는 것을 보았을 뿐 아니라 물체를 탑에서 떨어뜨리고 경사로에서 아래로 굴려 보기까지 했다.

사과 자체는 아무것도 아니었다. 그것은 한 쌍의 반쪽, 즉 달의 장난꾸러기 쌍둥이일 뿐이었다. 사과가 땅으로 떨어지듯이 달도 직선에서 벗어나 떨어지면서 지구 주위를 회전한다(사과가 자유낙하를 하는 것과 마찬가지로, 달이 지구 주위를 도는 것은 지구 궤도에서 자유낙하를 계속하고 있는 것이다). 사과와 달은 우연의 일치이자 일반화이고ㅡ 근거리에서 원거리로 그리고 보통 크기에서 거대한 크기로 규모를 뛰어넘는 비약이었다. - ‘제4장 거대한 두 궤도’ 중에서

미적분법이 무르익던 1666년 뉴턴은 곡선에 대한 접선, 즉 무한소 변화의 누적을 통해 곡선이 그로부터 방향을 바꾸는 직선에 의존했다. 운동 법칙의 기초를 닦을 때, 뉴턴은 계속 직선을 유지하려는 물체의 경향에 의존했다. 그러나 뉴턴은 행성 궤도를 두 가지 힘, 즉 안으로 잡아당기는 힘(구심력)과 밖으로 튕겨나가려는 ‘원심력’ 사이의 균형 문제로 간주하는 관점을 고집하기도 했다.

세상을 바꾼 책,
『프린키피아』

뉴턴이 『프린키피아』에서 정식화한 운동법칙과 중력법칙은 우리가 세상을 바라보는 관점의 초석이 되었다. 우리가 근대성이라 지칭하는 근대의 특성, 즉 근대를 그 이전의 시대와 구분시키는 ‘근대스러움’은 사실 뉴턴에 의해 그 토대가 마련된 셈이다. 뉴턴의 법칙은 곧 우리의 법칙인 셈이다. 그런 면에서 우리는 모두 뉴턴주의자이다.

『자연 철학의 수학적 원리(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)』가 원제인 ‘프린키피아’는 뉴턴이 1687년 출판한 저서이다. 만유인력의 원리를 처음으로 세상에 널리 알린 것으로 유명하다. ‘코페르니쿠스의 가설의 수학적 증명’, “태양 중심에서부터의 거리의 제곱에 따라 상호 감소하는 태양 중심을 향한 중력의 가정만으로 천체 운동의 모든 현상을 규명한다.”는 평가를 받았다. 뉴턴의 역학 및 우주론(宇宙論)에 관한 연구를 집대성하여 저술한 것으로 이른바 만유인력의 원리를 처음으로 세상에 널리 알린 것이다.

중학교 때 이미 뉴턴의 운동법칙에 대해 배운 적이 있을 것이다. 모든 물체의 운동법칙이라면 좀 더 깊이 있게 살펴볼 필요가 있다. 이 책에 실린 내용을 간단히 보면 다음과 같다. 제1법칙은 관성(慣性)의 법칙 이라고 불린다. 물체는 현재의 운동 상태를 계속 유지하려는 성질 있는데 이를 관성(慣性)이라고 한다. 제2법칙은 물체에 힘이 가해졌을 때 물체의 운동 상태의 변화를 양적인 관계로 설명하는 법칙으로 가속도의 법칙이라고도 한다. 제3법칙은 작용-반작용의 법칙이라고도 한다. 물체에 작용하는 힘은 항상 다른 물체와의 상호작용의 결과이므로 항상 쌍을 이룬다. 두 물체가 상호작용 할 때 언제나 두 물체 각각이 서로에게 작용하는 두 힘의 크기는 같고 방향은 반대가 된다. 법칙은, 원인은 아니지만 기술 이상의 의미를 가진다. 법칙은 행위의 기술이다.

여기서는 모든 피조물에 대한 신의 법칙이다. 법칙은 지각력이 있는 생물뿐 아니라 무생물의 입자도 따른다. 뉴턴은 자연에 대해서만큼 신에 대해서 많이 말하지 않았다. “자연은 지극히 단순하며 스스로 조화된다. 보다 큰 운동에 적용되는 추론이라면 보다 작은 운동에도 적용되어야 한다.”
- ‘제12장 모든 물체는 유지한다’ 중에서

“모든 본성을 설명하기란, 누구에게나 또는 어느 시대에도, 너무 어려운 과제이다. 약간의 확실성으로 설명하고, 나머지는 당신 다음에 오는 다른 사람들에게 남겨 두는 편이 나을 것이다.” - 아이작 뉴턴(Issac Newton, 1642~1727)

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목차
서문 = 13
제1장 어떤 직업이 그에게 맞을까? = 19
제2장 몇 가지 철학적 의문들 = 30
제3장 운동에 의한 문제 해결 = 43
제4장 거대한 두 궤도 = 60
제5장 신체와 감각 = 73
제6장 가장 주목해야 할 발견이 아니라면 가장 기이한 발견 = 81
제7장 저항과 반발 = 93
제8장 회오리바람 속에서 = 104
제9장 모든 것은 부패한다 = 114
제10장 이단, 신성모독, 우상숭배 = 123
제11장 제1원리 = 131
제12장 모든 물체는 유지한다 = 143
제13장 그는 다른 사람과 같은가? = 158
제14장 그 누구도 자신의 증인이 되지는 못한다 = 174
제15장 냉혹한 정신 = 194
역자후기 = 213
후주 = 215
감사의 말 = 281
참고문헌 = 283
그림출처 = 306
찾아보기 = 308