[ 홍성욱・이상욱 외, 『뉴턴과 아인슈타인: 우리가 몰랐던 천재들의 창조성』, 창작과비평사, 2004. ]
1장. 뉴턴과 아인슈타인, 신화를 넘어 창조성으로
1.1. 신이 된 뉴턴과 아인슈타인
1.2. 정말 이해할 수 없을 정도로 어려웠나
1.3. 고독한 천재의 신화
1.4. 누가, 왜 뉴턴을 신격화했는가
1.5. 세계적인 스타가 된 아인슈타인
1.6. 신화를 넘어서 창조성의 근원으로
2장. 뉴턴, 풍차와 흑사병 그리고 ‘기적의 해’
2.1. 과학혁명의 상징, 뉴턴
2.2. 풍차로 대학에 가다
2.3. 흑사병과 '기적의 해'
3장. 프리즘으로 세상을 읽다
3.1. 뜨거운 감자, 빛
3.2. 사과는 낮에만 빨갛다?
3.3. 망원경으로 유명해진 뉴턴
3.4. 프리즘을 보면 빛이 보인다
3.5. 후크와의 신경전
3.6. 광학과 뉴턴의 창조성
4장. 사과에서 만유인력까지
4.1. 사과가 없었다면 만유인력도 없었다?
4.2. 뉴턴 이전의 연구들
4.3. 만유인력, 무엇이 새로운가
4.4. 역제곱 아이디어의 등장
4.5. 만유인력 개념의 성숙
4.6. 만유인력 개념의 완성, <프린키피아>
4.7. 만유인력과 뉴턴의 창조성
아이작 뉴턴 연보
5장. 아인슈타인, 영재였나 둔재였나
6장. 빛과 시계 맞추기
7장. 시간과 공간에 대한 가장 행복한 생각
8장. 천재만이 창조적인가
1장. 뉴턴과 아인슈타인, 신화를 넘어 창조성으로
19
뉴턴과 아인슈타인의 천재성이 후대 사람들이나 언론에 의해 과장한 측면은 없는가?
1.1. 신이 된 뉴턴과 아인슈타인
20
행성이 태양 주위를 타원운동한다는 것은 1609년 케플러가 밝힘.
이후 수십 년이 지나도록 과학자들은 행성이 왜 타원운동을 하는지 못 밝힘.
뉴튼은 『프린키피아』에서 케플러의 3대 법칙을 모두 수학적으로 유도하고 증명함.
20-21
- 뉴튼이 수학 교수로 재직한 케임브리지에서 그의 강의는 몇몇 학생만 수강했으며, 이들 중에도 강의 내용을 완전히 이해한 학생은 거의 없었음.
• 뉴튼의 뒤를 이어 케임브리지대학의 루카스 수학 석좌교수가 된 휘스턴도 학생 때 뉴튼의 강의를 전혀 이해하지 못했다고 회고함.
• 대학에서 뉴튼이 지나가면 학생들이 “저기 세상 사람 누구도 이해하지 못하고 자기도 이해하지 못한 책을 쓴 사람이 지나간다”고 쑥덕거렸다고 함.
• 동료 교수들이 “이 책을 조금이라도 이해하려면 적어도 7년은 공부해야 한다”고 함.
- 뉴튼을 존경한 철학자 로크는 『프린키피아』의 수학적 내용을 이해하지 못해서 호이겐스에게 그 책의 증명이 다 맞는지 물어봄.
• 호이겐스가 수학적 증명이 완벽하다고 답변함.
• 로크는 “극소수의 사람만이 뉴튼의 증명을 이해할 수 있을 정도의 수학을 알고 있다”며 안도함.
22
- 상대성 이론의 난해함은 아인슈타인의 후계자들이 아니라 언론이 선전했음.
- 1919년 11월 10일자 『뉴욕타임즈』는 아인슈타인의 이론을 이해한 사람이 전 세계에 열두 명뿐이라는 기사를 보도함.
• “보통사람들에게는 아인슈타인의 이론을 자세하게 설명하려는 시도 자체가 의미 없다”는 물리학자 톰슨의 논평
• “아인슈타인의 이론은 말로 정확하게 표현될 수 없다”는 또다른 천문학자의 논평
- 1919년 11월 18일자 『뉴욕타임즈』는 아인슈타인의 이론을 이해하는 사람이 전 세계에 열두 명뿐이라는 이야기를 강조하면서, 상대성 이론 앞에서 쩔쩔매는 수학자들에 대한 불신을 노골적으로 표현함.
- 1921년까지 상대성 이론에 대한 책, 논문, 강연 소책자 등이 650권 가량 출판됨.
• 1920년대 중반까지 3천 권으로 늘어남.
1.2. 정말 이해할 수 없을 정도로 어려웠나
24-25
- 물리학에서 뉴튼의 업적은 광학과 역학으로 나누어 볼 수 있음.
- 뉴튼의 이론이 즉각 수용되지 않은 이유는 이해불가능할 정도로 어려워서라기보다는 기존 패러다임과 달라서였음.
- 광학 이론
• 뉴튼은 태양광선 같은 백색광이 하나의 빛이 아니라 굴절률이 다른 광선들이 혼합된 것이며, 광선들이 서로 다른 색을 내는 것이라고 함.
• 그 당시 과학자들은 변형된 빛이 우리 눈을 통해 신경계에 일으킨 감각을 색이라고 봄.
• 당시 과학자들에게 뉴튼의 이론은 빛 속에 색이 있다는 주장과 같았고, 이는 그들이 비판하던 아리스토텔레스의 이론과 비슷해 보였음.
- 중력 이론
• 호이겐스나 라이프니츠 등이 『프린키피아』를 이해하기 힘들어했던 것은, 수학적 난해함 때문이 아니라 뉴튼 역학의 근본 전제를 수용할 수 없었기 때문임.
• 기계적 철학(Mechanical Philosophy)은 모든 자연현상을 물질과 운동으로만 설명함. 힘(force)은 물질 운동이 일으킨 결과(effect)이지 원인(cause)이 아님.
• 뉴튼은 본질을 알 수 없는 만유인력이라는 힘을 도입하여 천체와 지상의 운동을 기술함.
• 기계적 철학자들에게 만유인력은 그들이 비판하던, 마술사들이 주장한 힘(power)이나 아리스토텔레스주의자들의 ‘신비한 성질’(occult qualities)과 비슷해 보였음.
• 뉴튼이 『프린키피아』를 다시 펴낼 때 「일반 주해」를 덧붙여 자신의 방법론과 철학을 서술함.
• “나는 가설을 세우지 않는다”는 말로 중력의 본질에 대한 비판을 회피함.
25-27
- 아인슈타인이 1905년 발표한 특수상대성이론은 당시 물리학자들이 꽤 빨리 수용함.
• 플랑크, 로렌츠, 푸앵카레, 민코프스키 등은 아무 문제 없이 이해함.
• 이들을 포함한 많은 과학자들이 특수상대성이론을 받아들이지 않은 것은, 해당 이론이 빛이라는 파동을 매개하는 매질인 에테르의 존재를 부정했기 때문임.
- 물론, 일반상대성이론은 어렵기는 어려웠음.
• 특수상대성이론을 발표한 뒤 일반상대성이론에 대한 ‘행복한 생각’이 아인슈타인에게 떠오른 것이 1907년이고, 실제로 일반상대성이론을 완성한 것은 1915년임. 8년 년 간 고민함.
• 아인슈타인이 괴팅겐대학에서 일반상대성이론에 대한 생각을 발표하는데, 교수 중 한 명이 “이건 말도 안 돼!” 하면서 강의실을 뛰쳐나감.
• 아인슈타인은 일반상대성이론을 완성하기 위해 텐서(tensor)와 같은 수학에 의존함. 텐서는 당시 많은 물리학자들에게 낯선 수학이었고, 아인슈타인도 수학자인 그로스만과 공동 연구를 함.
- 특수 상대성 이론을 일반화하는 문제에 관심을 가졌던 수학자나 이론물리학자들은, 1915년 발표 즉시 일반 상대성 이론의 의미를 이해함.
- 오펜하이머가 영국 BBC와 한 인터뷰
• “아인슈타인 신화 중 안타까운 부분은 그가 한 일이 너무 새롭고, 너무 심오하고, 너무 이해하기 힘들어서 우리의 문화 유산의 일부가 될 수 없다고 여긴다는 것이다. [...] 이는 우리 문화의 건강성에 매우 불행한 영향을 미친다. 그러나 이는 아인슈타인이 초래한 결과가 아니다. 언론의 기자들과 아무것도 하지 않으려 하는 게으른 속류 과학자들이 초래한 결과이다. 실제로 아인슈타인의 업적은 널리 이해되고 응용되었다.”
1.3. 고독한 천재의 신화
28
고독한 천재라는 이미지도 과장된 것임
1.4. 누가, 왜 뉴턴을 신격화했는가
32
34
대중적인 책들
34-35
뉴튼의 천재성의 근원에 대한 견해가 18세기 동안 급변함.
■ 뉴튼의 사과 일화는 사실인가? [39쪽]
- 사과 일화는 뉴튼이 죽기 1년 전인 1726년 무렵에 뉴튼이 직접 말한 것으로 보임.
• 평생 한 번도 언급하지 않다가 죽기 직전에 주변 사람들에게 한 이야기가 얼마나 믿을만한지 의심스러움.
• 당시 뉴튼의 기억력에 결함이 있었음.
- 1665-66년 사과와 지구 사이에 끌어당기는 힘을 생각했다는 뉴튼의 회고는 다른 역사적 증거와 맞지 않음.
• 대학생 때 뉴튼은 데카르트의 기계적 철학에 머물러 있었음.
1.5. 세계적인 스타가 된 아인슈타인
1.6. 신화를 넘어서 창조성의 근원으로
2장. 뉴턴, 풍차와 흑사병 그리고 ‘기적의 해’
2.1. 과학혁명의 상징, 뉴턴
51-52
버터필드: “과학혁명에 비한다면, 종교개혁이나 르네상스는 중세 기독교 사회 내의 단순한 에피소드에 불과한 것”
2.2. 풍차로 대학에 가다
54-
1661년 열아홉살이 되던 뉴튼은 케임브리지대학의 트리니티 칼리지에 입학
어린 나이에 풍차 모형을 정확히 만듦.
55-
당시 대학은 아리스토텔레스의 견해를 전수하는 데 몰두
케플러, 데카르트의 견해를 소개하는 데 인색
실험이나 수학을 중요시하는 오늘날과 달리, 논쟁과 토론을 중요시함.
근대 과학: “빛은 어떻게 전달되는가”를 질문하고 그에 대한 답변을 수학과 실험을 통해 얻고자 함.
아리스토텔레스식 교육: “빛은 무엇인가?”라고 묻고 이에 대해 아리스토텔레스 등 고대 철학자들의 견해를 찾아보고, 그것을 논리적으로 재구성하여 답을 찾음.
57
뉴튼은 독학으로 당시 과학혁명의 대가들의 저작을 독파함.
2.3. 흑사병과 ‘기적의 해’
57-
과학사에서 1665-66년은 ‘기적의 해’라고 함.
3장. 프리즘으로 세상을 읽다
3.1. 뜨거운 감자, 빛
65-
문제는 빛을 연구하면 할수록 더 어려워진다는 것
예: “빛은 어떻게 우리 눈에 보이게 되는가?”와 같은 질문을 과학자들이 몇백 년 동안 골머리를 앓았음.
“빛이란 무엇인가”라는 질문에 대답해야 하기 때문
66-
파동이라는 입장
입자라는 입장
67
빛의 간섭원리
영국의 토마스 영, 빛의 파동 이론
프랑스의 프레넬
1815년경부터 빛의 회절에 관한 실험 연구
영과 독립적으로 파동 이론
19세기 후반, 영국의 맥스웰이 전자기파의 존재
전자기파의 속도가 빛의 속도와 일치한다는 점을 근거로 빛이 전자기파라는 사실을 입증함.
67-
20세기 빛의 입자 이론
금속에 빛을 쬐면 전자가 튀어나오는데...
광전 효과
당시는 전자가 전자기파의 형태를 지닌 빛 에너지를 연속적으로 흡수하는 것으로 생각
이해할 수 없는 현상
이때 아인슈타인이 등장
17세기 뉴튼이 빛의 입자 이론
20세기 아인슈타인의 빛의 입자 이론
3.2. 사과는 낮에만 빨갛다?
69
뉴튼은 빛과 색깔에 관한 논의를 공부
71
뉴튼에게 의문을 심어준 사람이 아리스토텔레스와 데카르트
의문을 해결하는 데 영향을 끼친 사람은 보일
3.3. 망원경으로 유명해진 뉴턴
77-
데카르트도 뉴튼처럼 프리즘을 사용했지만 전혀 다른 결과를 얻음.
3.4. 프리즘을 보면 빛이 보인다
3.5. 후크와의 신경전
3.6. 광학과 뉴턴의 창조성
89
뉴턴은 1662년 케플러의 『광학』을 읽으며
4장. 사과에서 만유인력까지
4.1. 사과가 없었다면 만유인력도 없었다?
4.2. 뉴턴 이전의 연구들
■ 중세를 지배한 아리스토텔레스주의 자연철학 [95-96쪽]
- 천상계는 에테르로 만들어져서 흠 하나 없으며 행성이 운동할 때 마찰도 작용하지 않음.
- 행성들은 일정한 속도로 원을 그리며 움직임.
- 지상계는 불완전한 세계. 4원소
- 강제적인 운동과 자연스러운 운동
■ 천상계에 대한 새로운 시각을 제시한 케플러 [96-76쪽]
- 처음에 전통적인 생각을 따라 등속 원운동 하는 행성 모형을 도입했으나, 결국 타원운동 도입.
- 현상 수준에서 행성 운동이 어느 정도 설명되었으나, 그 후 몇십 년 동안 어떤 물리적 원인이 행성 운동을 일으키는지에 대한 만족스러운 설명이 제시되지 않음.
• 케플러는 태양이 발산하는 자기(magnetism)와 같은 시비한 원인으로 행성 운동을 설명하려고 했지만 큰 호응을 얻지 못함.
■ 지상계에 대한 새로운 시각을 제시한 데카르트 [97-100쪽]
- 기계적 철학: 자연을 생명이 없는 거대한 기계로 여김.
• 그 자체로 생명을 지니지 못하는 불활성 물질과 그 물질이 겪는 운동으로 모든 자연현상이 일어난다고 생각함.
- 우리가 느끼는 감각도 작은 입자들이 감각기관에 충돌하여 압력을 전달하기 때문에 생긴다고 함.
- 데카르트는 원운동에 새로운 의미를 부여함.
• 우주가 눈에 보이지 않는 입자(물질)로 꽉 차 있다고 가정함.(진공은 존재하지 않음)
• 한 입자가 근접한 입자에 충돌하면 그 입자는 다시 주변의 입자에 충돌하는 연쇄 과정을 거침. 결국 충돌의 효과는 돌고 돌아 맨 처음 충돌을 시작한 입자까지 이르게 됨.
• 충돌의 연쇄는 닫힌 회로를 구성해야 함.(그렇지 않으면 우주 어딘가에 진공이 생김)
• 원운동은 기하학적 형태의 원의 의미가 아니라 닫힌 회로를 구성하는 순환의 측면에서 중요함.
- 중력은 원운동을 하는 입자들의 원심적 경향의 차이에서 발생함.
• 지구 주위를 둘러싼 입자들은 연쇄적인 충돌 때문에 큰 소용돌이 운동을 함.
• 소용돌이 원운동을 하는 입자들에는 원심력이 작용하므로 입자들은 바깥쪽으로 향해 떨어지게 됨.
• 입자마다 원심력의 크기가 달라서, 작은 힘이 작용하는 입자는 상대적으로 안쪽으로 떨어지게 됨.
• 상대적으로 원심적인 경향이 작은 물체가 지구 쪽으로 떨어지는 것이 중력임.
• 데카르트의 자연철학에서 원운동은 기하학적 형태로서의 원의 의미가 아니라 닫힌 회로를 구성하는 순환의 측면에서 새로운 중요성
• 호이겐스는 원심적 경향을 수학적으로 분석하여, 질량이 m이고 속도가 v인 물체가 반지름 r의 원운동을 할 경우, 그 물체에 작용하는 원심력의 크기는 (mv²)/r이라는 결론을 이끌어냄.
- 데카르트의 기계적 철학에서 중력은 물체와 물체가 잡아당기는 힘이 아니라 물체의 운동이 낳은 결과임.
• 진공을 통해 작용하는 인력이라는 개념은 생각할 수 없는 것임.
4.3. 만유인력, 무엇이 새로운가
■ 뉴튼의 만유인력이 이전 개념들과 다른 점 [100-101쪽]
- 다른 점(1): 정량적인 면에서 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례
• 중력에 대한 기존 설명에서는 정량적인 고찰이 대개 생략되었음.
- 다른 점(2): 항상 두 물체 사이에 작용하는 힘을 다룸.
- 다른 점(3): 천상계의 행성 운동과 지상계의 사과의 운동을 단일한 개념으로 설명
- 다른 점(4): 힘의 전달 방식의 차이
• 데카르트의 기계적 철학에서 힘은 물체들의 직접적인 충돌을 통해서만 나타나는 결과
• 뉴튼의 만유인력은 두 물체가 떨어져 있는 상태에서 작용하고, 물체에 가속을 유발하는 운동의 원인
- 만유인력은 모든 물체 사이에 작용하는 인력 개념을 도입하고 그것의 수학적 크기와 특성을 제시하여 천상계의 물리학과 지상계의 물리학을 단일한 기반에서 설명할 수 있는 도구
102
세 시기
단계(1): 기적의 해로 불린 1665-66년
단계(2): 1679-80년
단계(3): 1684-87년 핼리의 요청
4.4. 역제곱 아이디어의 등장
4.5. 만유인력 개념의 성숙
4.6. 만유인력 개념의 완성, <프린키피아>
4.7. 만유인력과 뉴턴의 창조성
아이작 뉴턴 연보
(2025.09.16.)
