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인류의 탄생에서 현대 과학기술의 명암까지
과학을 주제로 살펴본 동서양 역사와 문화 이야기

이 책은 앎이 삶을 바꾼다는 관점에서 인간의 탄생에서 현대의 눈부신 과학기술의 발전과 그 명암까지 동서양 과학의 역사적 흐름을 살펴본다. 그와 동시에 각 시대별 새로운 논쟁점을 짚어주면서 서구-유럽에 편중된 과학사를 어떤 시각으로 바라보고 성찰해야 하는지에 대한 방향성을 제시한다. 한마디로 탄탄한 인문학적 토대 위에서 비판적 시각으로 살펴보는 과학의 역사와 문화 이야기라고 할 수 있다.

우리는 내가 살고 있는 세계와 나 자신에 대해 얼마나 알고 있는가? 세계는 무엇이고 인간은 누구인가? 우주는 어떻게 생겨났으며 인간은 왜 존재하는가? 오랜 세월 수많은 철학자와 과학자들이 탐구해온 이런 근본적인 질문들을 되새기면서 과학의 역사적 의미를 살펴보자. 과학사는 세계와 우리 자신을 알고 세계를 더 나은 곳으로 변화시켜나갈 수 있는 훌륭한 밑거름이다. 다만 맹목적인 ‘과학주의’가 인류사에 끼친 심각한 부작용까지 성찰할 수 있는 철학적 인식의 중요성을 간과해서는 안 될 것이다.

◆ 모두를 위한 과학: 과학은 모든 이의 것이다!

과학사가 지향하는 목표는 특정한 어느 한 집단에 맞춰진 것이 아니라 전 세계 인류 모두에게 열려 있다. 평소 “어려운 과학을 누구나 쉽게 이해할 수 있는 글쓰기를 하고 싶었다”는 과학저술가 정인경 박사의 『모든 이의 과학사 강의』는 이러한 문제의식에서 출발한다. 저자는 “만약 과학이 몇몇 천재 과학자의 소유물이라면 과학사가 서 있을 자리는 없을 것이다. 과학사는 단순히 과학자의 업적을 시대순으로 옮겨놓은 기록물이 아니기 때문이다”라고 강조한다.
그러나 실제 우리의 현실은 어떠한가. 16~18세기를 거치며 극적으로 이루어진 서구 과학혁명의 영향을 우리는 아무 의구심 없이 거의 맹목적으로 따라 배우느라 많은 시간과 노력을 기울여야 했으며, 지루한 암기식 학습법에서 벗어나지 못한 채 대다수의 학생에게 수학이나 과학은 대입준비를 위해 어쩔 수 없이 익혀야 하는 재미없는 과목 중 하나로 전락해버렸다. 각종 공식을 비롯해 원자기호와 지질연대 등 문제풀이를 위한 암기에만 매달린 결과, 성인이 된 이후로 과학 자체에 흥미를 갖는 경우는 극히 드문 게 현실이다.
인공지능의 시대, 제4차 산업혁명 등이 공공연한 일상 언어로 자리잡아가는 21세기 현실에서 우리는 언제까지 구시대적 관습에 머물러 있을 것인가. 현행 문ㆍ이과 통합 교과과정에 따른 새 교과서를 집필하기도 한 저자는 이 책에서 고등학생이나 교사뿐 아니라 평소 과학 자체를 멀리해온 일반 독자들도 쉽게 과학에 다가갈 수 있도록 인문학적 바탕 위에서 과학의 주요 역사를 흥미롭게 짚어준다. “과학은 인간의 활동이고, 인간이 생산한 문화의 산물”이기에 “과학은 인간이 만든 언어”일 수밖에 없다고 밝히는 저자의 안내를 따라가다 보면, 과학은 결코 인간과 분리해서 생각할 수 없으며 과학이라는 창을 통해 본 인류 역사가 그만큼 깊고 너른 인문학적 성찰을 가능케 함을 절로 깨닫게 될 것이다.

◆ 서양 근대과학에 경도된 인식부터 바로잡자

고대 그리스 자연철학자들의 활약에서 출발하는 서양 과학계의 가장 큰 논쟁점은 천동설과 지동설의 대립이었다. 2,000년 넘는 세월 동안 절대적 권위를 누린 아리스토텔레스의 아성에다 기독교라는 종교적 철옹성까지 더해져 코페르니쿠스, 케플러, 갈릴레오 등이 각고의 노력 끝에 성취한 완전히 새로운 천문학적 ‘발견’은 오랫동안 냉대를 받아야 했다. 17세기에 이르러 뉴턴이 태양계의 운동을 정확하게 예측한 것을 시점으로 근대과학이야말로 자연세계를 가장 잘 설명하는 언어라는 학문적 권위를 얻으면서 전 세계가 차츰 서양의 근대과학을 보편과학으로 인정하게 되었다. 태양계와 같이 실재하는 세계에 대해 가장 확실하고 믿을 만한 지식을 제공함으로써 근대과학은 우리가 흔히 말하는 ‘진리’ 또는 ‘사실’이 된 것이다.
이후 눈부신 발전을 거듭하며 인류의 생활양식마저 극적으로 바꾸어온 과학은 종교에 버금가는 영향력을 획득했고 과학주의라는 폐해를 낳게 되었다. 이에 대해 저자는 “17세기 유럽에서 이루어진 눈부신 과학 발전에 이의를 제기하기는 힘들지만 과학혁명의 영향력을 강조하는 것은 유럽인의 시각에서 바라본 유럽 중심주의의 소산이라고 할 수 있다. 그렇기 때문에 유럽에 살고 있지 않은 우리는 유럽인과 다른 시각에서 과학혁명을 볼 필요가 있다”고 강조하며 과학사를 어떻게 바라봐야 하는지에 대해 이렇게 피력한다. “우리가 가지고 있는 과학사에 대한 이러한 인식은 잘못된 것이므로 바로잡아야 한다. 과학사에서 우리가 배우는 것은 서양 근대과학의 빛나는 성취가 아니다. 인간이 과학과 기술을 발명해 성공적으로 지구를 지배하게 된 승리의 역사도 아니다. 우리는 과학사를 통해 인간 스스로 세계를 앎으로써 삶을 바꾸고 나아가 역사도 바꾸었다는 통찰을 얻고자 한다. 우리가 어떻게 살아야 하는지 선택의 기로에 서 있을 때, 과학은 세계에 대한 사실을 알려주고 세계를 변화시킬 수 있는 근거를 제공한다.”
그동안 서구-유럽 중심주의적 시각에 치우친 근대과학에 대한 인식을 바로잡기 위해 저자는 과거 이슬람의 높은 과학 수준은 물론 동양인들의 인식체계에 큰 영향을 미친 중국의 과학 사상을 소개하고, 세종 대에 이룬 놀라운 과학적 성취에 더해 동아시아에서 처음으로 지전설地轉說을 주장한 김석문, 동양의 코페르니쿠스라고 불리는 홍대용의 업적 등을 흥미롭게 소개한다.
◆ 과학과 인문학의 융합: 과학사는 결국 인간의 이야기

이렇듯 이 책의 독특한 장점 중 하나는 동서양의 유구한 과학사를 이론 중심으로만 살펴보지 않고 그동안 널리 알려져 있지 않았던 유명한 과학자들의 인간적 면모까지 소개함으로써 과학사가 결국 인간의 이야기임을 일깨워준다. 근대과학의 대표주자로 꼽히는 뉴턴이 얼마나 이기적이고 편협한 인물이었는지, 교황청의 압력에 굴복해 자신의 주장을 뒤집은 것으로 유명한 갈릴레오가 실은 얼마나 힘겨운 처지에서 연구를 계속해나갔는지, 다윈이 진화론을 통해 인간 존재의 근원적 인식을 완전히 바꾸어놓기까지 이루 말할 수 없는 심리적 압박에 얼마나 괴로워해야 했는지, 남편 하버가 나치에 협력해서 만든 독가스가 실제 100만 명의 사상자를 냈다는 소식에 절망한 나머지 권총 자살로 생을 마감한 클라라 임머바르의 고통이 얼마나 컸을지 등등 한번쯤 진지하게 짚고 넘어가야 할 ‘너무나 인간적인’ 일화들이 가득하다. 그만큼 인간 존재와 세계에 대한 깊이 있는 성찰이 결여된 과학기술의 발전은 언제든 인류와 지구를 파멸로 이끌 수 있다는 점에서 과학사를 인문학적 바탕 위에서 살펴보는 일이 중요한 것이다.

◆ 눈부신 과학의 발전은 이후 인류에게 어떤 실존양식을 선사할 것인가

15세기 말에 열린 대항해 시대를 거치며 유럽 각국은 식민지 쟁탈전과 탐험을 통해 축적한 막대한 부를 바탕으로 마침내 산업혁명을 일으켰다. 영국에서 시작된 산업혁명은 증기기관의 발명, 철도 건설, 방직ㆍ방적ㆍ제철 산업의 발흥 등 사회 각 분야에서 놀라운 속도로 산업화를 이끌었다. 이러한 산업화는 19~20세기에 인류에게 새로운 실존양식을 선사했고 여러 나라가 대부분 유럽과 비슷한 경로를 밟으며 산업화의 길을 걸었다. 이후 제2차 산업혁명이라고 불리는 전기 산업과 화학 산업 등이 등장했다. 이때 과학은 기술과 산업에 완전히 통합되었고 역사적으로 ‘과학기술’이라는 용어가 만들어졌다. 산업화를 아직 모르는 세계 곳곳의 사람들은 과학기술을 근대화, 경제발전, 산업화의 동력으로 이해하기 시작했다.
그러나 1~2차 세계대전을 거치며 현대 과학기술은 각국 정부의 막대한 지원을 등에 업은 ‘거대과학’의 형태로 성과물을 만들어내는 대형 프로젝트가 되어버렸다. 과학자 한두 명이 실험실에서 연구하던 시절은 지나갔으며, 엄청난 돈과 장비, 인력이 동원된 새로운 연구개발 시스템에서 과학자들은 하나의 부품으로 전락했다. 심지어 정부 권력자들 사이에서는 충분한 자금과 노력을 투자하면 어떤 과학적 이론도 실용적 목적에 이용할 수 있다는 위험한 사고가 팽배해지기에 이르렀다. 그 극단적인 예가 바로 2차 대전을 끝낸 원자폭탄 ‘꼬마’와 ‘뚱보’가 불러온 처참한 결과다. 저자가 다음과 같은 당부로 책을 마무리하는 까닭을 되새길 필요가 있다.

한국 사람들 대부분은 과학기술이 인간의 행복을 가져올 것이라고 믿고 있다. 역사적으로 우리는 서양의 근대과학을 받아들이면서 과학주의까지 수입했다. 과학기술은 역사를 진보시키는 선하고 좋은 것으로 인식되었다. 그런데 과학기술이 발전하면 무조건적으로 인간의 삶이 나아진다고 생각하는 것은 큰 착각이다. 우리는 과학의 역사를 통해 과학기술의 발전이 인간을 행복하게 해주지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 수많은 전쟁에서 과학기술은 인간을 죽이는 무기를 만드는 데 이용되었다. 과학기술의 발전은 인간의 행복을 증대시킨 만큼 불행도 증대시켰다. 우리가 간과하고 있는 것이 있다. 과학기술의 발전 그 자체가 중요한 것이 아니라는 점이다. 정작 중요한 것은 과학기술을 어떻게 발전시키고 어떻게 활용할 것인지의 문제다. (370쪽)

개정판 서문 | 과학은 모든 이의 것이고 모든 곳에 있었다
프롤로그 | 앎은 삶을 바꾼다

1부 인류의 탄생과 문명의 발흥
우리는 누구인가?

1장 진화와 문명

인간을 인간답게 한 것은 무엇인가?
인간은 왜 농부가 되었을까?
문명은 어떻게 문자와 숫자를 탄생시켰나?
고대인은 왜 달력을 만들었나?

2장 고대 문명의 대약진
그리스 과학은 어떤 역사적 토양에서 나왔나?
탈레스가 질문한 우주의 근원 물질이란?
피타고라스가 과학사에 기여한 것은 무엇인가?
플라톤은 왜 자연과학을 탐구했나?
아리스토텔레스의 이론체계는 왜 2,000년 동안이나 지속되었나?
유클리드의 『기하학 원론』은 어떻게 구성되었나?
고대 천문학자들이 풀어야 할 과제는 무엇이었나?
왜 프톨레마이오스의 우주체계를 위대하다고 하는가?
중국 자연관의 특징은 무엇인가?
중국의 유교적 세계관은 자연의 탐구에 어떤 영향을 미쳤나?

2부 아시아와 유럽을 잇는 중세의 과학과 기술
세계 과학사에서 중세시대는 진정 ‘암흑기’였는가?

1장 지식의 횃불, 이슬람 과학
과학사에서 이슬람 번역 운동이 갖는 의미는 무엇인가?
이슬람 과학은 후대에 어떤 영향을 미쳤나?

2장 세계의 중심, 중국의 과학기술과 문명
중국 번영의 토대는 무엇이었나?
왕조가 바뀔 때마다 달력을 만든 이유는 무엇일까?
중국에서는 왜 과학혁명이 일어나지 않았나?

3장 조선 세종시대의 과학 문화유산
조선은 왜 천문도와 세계지도를 제작했나?
세종은 어떻게 조선의 독자성을 추구했는가?
어찌 조선이 중국과 하늘만 다르겠는가?

4장 중세를 무너뜨린 유럽의 화약혁명
유럽이 중국에 진 빚은 무엇인가?
기독교 문화는 어떻게 그리스 과학을 수용했나?
유럽의 대포와 범선이 어떻게 세계를 지배하게 되었나?

3부 과학혁명, 유럽의 지식과 야망
과학을 모르는 자는 왜 근대를 말할 수 없는가?

1장 코페르니쿠스의 혁명
르네상스 시대란?
코페르니쿠스는 왜 지동설을 채택했을까?
『천구의 회전에 관하여』는 어떻게 세상에 나왔나?
튀코 브라헤는 왜 코페르니쿠스의 지동설을 받아들일 수 없었나?
케플러가 발견한 행성의 운동은 어떤 의미를 가지는가?

2장 갈릴레오의 죄와 벌
갈릴레오는 망원경으로 무엇을 했나?
갈릴레오의 죄는 무엇인가?
역학의 혁명은 어떻게 시작되었나?

3장 뉴턴 과학의 완성
뉴턴이 프리즘 실험에서 밝힌 것은 무엇인가?
수학 공식은 어떻게 진리가 되는가?
뉴턴 과학은 계몽주의에 어떤 영향을 미쳤나?

4장 유럽이 아닌 곳에서 바라보는 과학혁명
유럽인들은 왜 과학이라는 지식을 생산했을까?
과학혁명은 동아시아 세계에 어떻게 전해졌나?
동아시아에서는 왜 지동설이 과학혁명을 일으키지 않았나?

4부 인간을 닮은 현대 과학기술
역사적으로 과학과 기술의 관계는 어떻게 변화했나?

1장 물질과 에너지의 과학
증기기관은 누가 발명한 것일까?
라부아지에는 어떻게 근대 화학체계를 세웠나?
빛은 입자인가, 파동인가?
전기와 자기는 하나의 힘인가?
에너지는 무엇인가?

2장 다윈의 진화론
진화는 어떻게 일어나는가?
인간은 왜 존재하는가?

3장 원자의 시대로
원자는 어떻게 이루어졌는가?
빛의 정체는 무엇인가?
E=mc²이 의미하는 것은 무엇인가?

4장 산업화, 식민지, 전쟁
과학은 어떻게 기술에 응용되었나?
과학기술은 어떻게 제국주의에 봉사했는가?
무엇이 더 사악한가?
인간은 왜 원자폭탄을 만들었을까?

에필로그 | 사람이 중심이다
도판출처
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나아가 피타고라스는 눈에 보이지 않는 수의 질서가 우주의 운행까지 지배한다고 확신했다. 그의 우주는 단순한 기하학적인 도형으로 이루어진 수적인 비율이 일정하게 유지되는 공간이었다. 그래서 지구는 공처럼 둥글고, 우주는 구형의 지구와 별들이 원운동을 하는 곳으로 그려졌다. 수와 수학적 법칙으로 표현되는 우주가 가장 완전하고 아름다운 세계라는 생각은 이러한 우주모형을 탄생시켰다. 오늘날 우주를 뜻하는 ‘코스모스cosmos’라는 단어도 본래 ‘질서’와 ‘조화’라는 뜻에서 피타고라스가 처음 언급했다. 또한 피타고라스는 지구가 둥글고 원운동을 한다고 추론한 최초의 자연철학자이기도 하다. (54쪽)

개념이 불명확하지만 일상적인 경험에서 충분히 느낄 수 있는 것이 중국 과학의 특징이다. 이러한 질적이고 유기체적인 자연관이 한漢나라(기원전 202~기원후 220) 때에 성립했고 2,000년 동안 동양의 과학 사상을 지배했다. 동시대에 나왔던 유클리드의 기하학과 비교하면 중국과 서양 과학의 차이를 확연히 구별할 수 있다. 그리스 과학이 수와 도형이라는 불변적 요소를 바탕으로 자연세계의 질서를 탐구했다면, 중국 과학은 음양오행이라는 관계론적 요소를 가지고 변화무쌍한 자연세계를 이해했다. (83~84쪽)

튀코의 우주구조는 태양 중심의 행성 운행을 선택해서 행성의 역행운동을 설명할 수 있고, 다른 어떤 체계보다 정확한 자료에 맞췄다는 장점을 가지고 있었다. 코페르니쿠스의 태양중심설을 이단이라고 여긴 종교계에서는 튀코의 절충안을 환영했다. 지구가 우주의 중심이라는 이론을 고수한 덕에 이단설을 피할 수 있었기 때문이다. 튀코의 모델은 프톨레마이오스 우주구조의 문제점을 알고 있으면서도 종교적 이유로 코페르니쿠스의 우주구조를 받아들일 수 없는 사람들에게 큰 호응을 얻었다. 16세기는 그야말로 프톨레마이오스, 코페르니쿠스, 튀코의 세 가지 우주구조가 제각기 경쟁하는 천문학의 춘추전국시대였다. (179쪽)
우리는 갈릴레오를 과학혁명의 거장, 최초의 물리학자, 과학계의 미켈란젤로, 종교적 탄압에 맞선 과학의 순교자로 알고 있다. 그가 과학사에 남긴 업적은 천재의 면모를 유감없이 보여주었고 진리를 외친 용기와 투쟁심은 혁명가의 모습 그대로였다. 그래서 갈릴레오가 생계를 위해 돈벌이에 매달리고 메디치 가家의 권력자들에게 환심을 사려고 애썼던 모습은 상상하기 어렵다. 하지만 갈릴레오는 천재나 위인이기 이전에 르네상스 시대에 파란만장한 인생을 살다 간 한 인간이었다. 때로 사랑에 아프고 때로 출세에 목마른, 너무나 인간적인 과학자였기에 그는 더 위대할 수 있었다. (187쪽)

빛은 입자일까, 파동일까? 17세기에 벌어진 입자설과 파동설의 대립은 20세기 초까지 계속되다가 알베르트 아인슈타인Albert Einstein(1879~1955)이 ‘빛은 에너지를 가진 입자의 파동적 흐름’이라고 밝히면서 일단락되었다. 빛은 입자인 동시에 파동이기 때문에 뉴턴도 훅도 서로 틀린 것은 아니었는데 논쟁 이후 두 과학자는 평생 앙숙으로 지냈다. (219쪽)

만유인력의 원인을 도저히 알 수 없었던 뉴턴은 원인에 대해 탐구하는 것을 포기하고 만유인력의 크기를 계산하는 과감한 선택을 했다. 뉴턴이 말하는 만유인력은 물리적 힘이 아니라 수학적 힘이었다. 뉴턴은 힘의 물리적 원인을 다루지 않고, 힘이 작용해 물체가 어떻게 운동하는지를 수학적으로 증명함으로써 만유인력의 존재를 드러냈다. 뉴턴의 연구방법은 케플러의 관측결과에 자신의 운동법칙과 수학적 계산을 적용해 행성의 타원궤도를 재발견한 것이다. 이를 통해 뉴턴은 만유인력이 행성에 작용한다면 그 행성의 운동경로는 타원궤도라는 사실을 입증했다. 나아가 우주에는 눈에 보이지 않는 힘인 만유인력이 모든 물체 사이에 작용하고 그 크기는 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 보여주었다. (223~224쪽)

김석문金錫文(1658~1735)은 동아시아에서 처음으로 지전설地轉說을 주장했다. 중국의 전통 천문학에서 12세기 주희는 기의 회전으로 하늘이 움직인다는 우주론을 제시한 바 있었다. 그런데 김석문은 땅이 움직이지 않고 하늘이 움직인다는 기존의 우주론을 뒤집었다. 지구가 둥글다는 서양 천문학을 받아들이고 주희가 말한 기의 회전을 지구에 적용해 지구가 하루에 한 번씩 회전한다는 지전설을 내놓았다. 하늘이 움직이는 것이 아니라 땅이 움직이고 있음을 지적한 것이다. (253쪽)

동양의 코페르니쿠스라고 불리는 홍대용은 지전설을 더 확장했다. 그는 『의산문답醫山問答』에서 지전설을 이렇게 설명했다. “무릇 땅덩어리는 하루에 한 바퀴씩 돈다. 지구의 둘레는 9만 리이고 하루는 열두 시간이다. 9만 리나 되는 큰 땅덩어리가 열두 시간에 맞추어 움직이다 보면 그 빠르기가 포탄보다 더하다.” 홍대용은 지구가 둥근데 그 표면 위에서 사람들이 떨어지지 않으려면 기의 회전에 따른 힘이 있어야 한다고 생각했다. 그래서 지구의 자전이 중력과 같은 힘을 만든다고 추측하기도 했다. / 지구는 둥글다는 지구설과 자전한다는 지전설에 이어서 홍대용은 무한우주론을 주장했다. “하늘은 끝이 없고 별 또한 끝없이 많다.” 광활한 우주에서 지구는 한낱 작은 별에 지나지 않는다는 것이다. “끝없이 넓은 이 엄청나게 큰 우주에 동서남북, 아래위와 같은 구분이 있을 리 없다.” 그렇다면 우주의 중심도 따로 있을 리 없는 것이다. 홍대용은 지구가 우주의 중심이라는 생각을 버렸다. 무한한 우주에서 지구를 포함한 수많은 별은 제각기 자기 세계의 중심일 수 있다고 생각했다. 예수회 선교사들이 들으면 즉각 이단의 혐의를 씌울 법한 이야기였다. (254쪽)