진리의 거인 뉴턴, 근대 물리학의 문을 열다

2,뉴턴의 프린키피아

아이작 뉴턴 초상화

뉴턴은 우주 공간에 존재하는 모든 물체가 운동을

한다면 이 운동을 이해하는 것이 과학의 시작이라고

생각했다. 물리학이란 자연의 이치를 알아내는 학문

이고, 물체의 운동법칙을 알아내는 것이 진정한 과학,

물리학의 기본이라고 생각했다.

운동이란 움직임이고 위치의 이동이다.

움직임이라는 결과를 도출하기 위해서는

그 원인이 있어야 한다.

뉴턴의 최대 관심사는 바로

"이 운동의 원인이 무엇인가"라는 것이였다.

운동은 우주공간에 존재하는 모든 보편적인 물체의

공통적 현상이기 때문에 그 원인 또한 보편적일 것

이라 추론한 것이다.

이러한 추론을 바탕으로 뉴턴은 곰곰이 생각에

잠긴다."그렇다면 운동하고 있는 모든 물체가 가지고

있는 공통적인 특성은 무엇일까?"

바로 질량이라는 답에 이른다.

우주공간에 존재하는 물체 중에 질량이 없는 물체는

없다고 생각한 뉴턴은 이를 바탕으로 연구한 결과가

만유인력의 법칙이다.

만유인력의 법칙이 우주 공간의 모든 물체가 운동하는

원인이란 것을 밝혀낸 책이 바로 프린키피아인 것이다.

물론 훗날 빛의 입자인 광자는 질량이 없음이 밝혀졌고

이를 바탕으로 이인슈타인의 상대성 이론이 탄생하게

되어 뉴턴의 물리학을 대체하게 되지만 뉴턴의 프린키피아는 근대 물리학의 탄생을 알리는 신호탄이었다.

그렇다면 질량을 가진 우주공간의 모든 물체는 어떤

성질을 가지고 있을까?

물체의 본성은 물체가 어느 위치에 정지하고 있으면

계속 정지하려 하고, 운동하고 있으면 계속 운동하려고

하는 성질이 있다. 이것이 바로 뉴턴의 제1의 법칙인

'관성의 법칙'이다.

하지만 이러한 관성은 계속 유지되는 것은 아니고

그 물체에 외부의 힘이 가해지면 운동에 변화가 생기게

되는데, 이것이 바로 '가속도의 원리'다.

이것이 뉴턴의 제2의 법칙인 <F=ma>다.

"물체,질량(mass)에 가속(acceraration)을 가하면

힘(force),에너지가 생긴다."

인류는 이제 뉴턴을 통해서 인류 역사상 가장 중요한

방정식 하나를 얻게 된다. 이 방정식 하나로 인간은

우주만물의 모든 움직임을 이해하고 예측하고 활용

하게 된 것이다.

뉴턴은 이러한 운동을 연구하면서 미적분이라는

새로운 수학 영역도 스스로 개척한다.다만 독일의

라이프니츠와 미적분을 두고 누가 먼저 만들었는지

다툼이 있었긴 하지만.

그가 연구하고자 하는 운동법칙을 해결하기 위한

수학적 개념이 당시에는 없었기 때문에 미적분이라는

새로운 수학 체계를 만들어낸 것이다.

근대 물리학이 탄생하는 순간이다.

뉴턴의 물리학은 앞선 과학자들의 지대한 공헌이

있었기에 가능한 일이었다.

혁명의 시작은 뉴턴이 태어나 전 150년 전부터

시작되었다. 당시 신부였던 코페르니쿠스, 뒤를 이어

피사 대학의 갈릴레오 갈릴레이, 그리고 당시

새롭게 만든 망원경으로 천체의 움직임을 관찰해서

지구가 태양주위를 타원형으로 돈다는 사실을

발견한 케플러에 이르기까지 2000년 동안 지배해 온

아리스토텔레스의 역학과 프톨레미우스의 천동설

은 서서히 걷히고 있었던 것이다.

인류의 사고방식 자체를 단 한 권의 책으로 송두리째

바뀌 놓은 책, 뉴턴의 프린키피아,

과학은 실험과 관찰을 통해 수학적으로 증명하는

것이라는 근대 물리학의 탄생에 신호탄을 쏘아올린

인류가 만든 가장 위대한 책이다.

"대자연과 자연의 법칙은 어둠에 감싸여 있었다.

주께서 "뉴턴이 있으라"하심에 모든 것이 밝아졌다."

시인 알렉산더 포퍼가 아이작 뉴턴을 기리며

묘비명에 헌사한 詩다.

거인의 어깨 위에 올라타 근대 물리학 탄생의 문을

연 아이작 뉴턴, 그는 2000년을 지배해 온 고대 철학자

들의 역학과 우주관에 의문을 품고, 인식 그 모험의

바다로 들어가 인류의 인식의 지평선을 넓혔던 위대한

과학자였다.

뉴턴은 거인의 등에 업혀 종속되지 않았고,

거인의 어깨 위에 올라타 인류의 인식의 지평선을

넓혔던 진리의 거인이다.

"아리스토텔레스와 플라톤은 내 친구이지만,

나의 최고의 친구는 진리다."

Plato Won