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“왜 유럽에서 과학이 탄생했는가”

『과학의 탄생』, 『16세기 문화혁명』을 잇는
서구 근대과학이 탄생한 과정을 풍요롭게 그려낸 역작

거장 야마모토 요시타카의
근대과학 탄생사 완결편, 마지막 제3권 발간(전 3권)

서유럽 세계관 변화의 역사,
상극적인 세계관의 일원화로 이룩해 낸 천문학의 개혁
15세기 중기 포이어바흐와 레기오몬타누스에서 시작하여 16세기 코페르니쿠스와 튀코 브라헤로 계승된 천문학의 발전은, 케플러에 이르러 동력인에 기반한 수학적 논의로 설명되는 한편, 관측으로 검증되는 수리물리학으로서의 천문학, 즉 천체역학이라는 새로운 독립적인 학문의 가능성을 밝혔다. 이것이 새로운 세계관을 열었고, 중세 스콜라학에서 상위에 있던 논증적이고 철학적·자연학적 우주론과 하위에 있던 실용을 위한 수학적·기술적 천문학이라는 학문의 위계는 파괴되었다.
『과학혁명과 세계관의 전환』 제3권에서는 유럽의 16세기에서 17세기 초, 즉 이원론에서 일원론으로 세계관이 이행해 간 시기의 천문학의 개혁 및 세계관 변화의 역사를 논의한다. 이후 갈릴레오 갈릴레이, 보일, 뉴턴으로 이어질 시기의 직전까지를 이 책은 다루고 있다.

혜성에 대한 상극적인 세계관에 균열을 낸 학자들
아리스토텔레스 이래 혜성은 달 아래 최상부에 있는 ‘건조하고 뜨거운 증발물’이라는 기상 현상으로 간주되었다. 혜성을 천체로 간주했던 기원후 1세기 세네카의 이론 등은 무시되었다. 그러나 이 세계관에 균열이 나기 시작했다.
15세기에는 포이어바흐가 혜성을 관측하면서 혜성에 고유한 운동 개념을 부여했고 혜성까지의 거리를 추정했으며, 레기오몬타누스는 보다 정밀한 측정 방법을 논했다. 1531년에 핼리 혜성이 지구에 접근하자 요하네스 쇠너 등이 이를 관측한 기록을 남겼으며 특히 아피아누스는 혜성의 꼬리가 항상 태양의 반대 방향을 향한다는 점을 파악했다. 이후 지롤라모 카르다노는 기존 아리스토텔레스의 증발물설을 부정하면서 세네카의 이론과 맥을 같이했고, 묻혀 있던 세네카의 이론이 조금씩 부활했다. 또한 파라켈수스는 천상세계를 영겁 불변하지 않고 물체의 성질을 갖는 것으로 보면서 아리스토텔레스의 이론과 궤를 달리했다. 이러한 논의들은 1570년대에 지구에 접근한 신성과 혜성을 둘러싼 논의에서 고대 이래의 세계상을 해체하도록 촉진시켰다.

16세기 후반의 천체 관측, 아리스토텔레스적 세계관이 해체되기까지
헤센 방백 빌헬름 IV세는 1572년 지구에 접근한 신성의 정확한 관측을 위해 정밀한 관측 장치 사용에 공을 들였고, 이를 통해 일류 관측자가 되었으며 과학 교류에 넓은 통신망을 형성했다. 튀코 브라헤는 이 신성을 가장 인상적으로 관측하여 신성의 이름이 튀코 브라헤 신성으로 불리게 되었다.
1577년에 나타난 혜성은 1572년에 나타난 신성이 불러일으킨 의심을 검증할 기회가 되었는데, 벤(Hven)섬에 건설한 천체관측기지에서 천체 관측에 전념한 튀코는 혜성을 달 아래의 현상으로 보던 기존 관점을 재검토하여 에테르 영역의 존재라고 결론지었다. 또한 코페르니쿠스주의자였던 미하엘 메슈틀린도 혜성의 궤도를 고찰하고 튀코와 동일한 결론에 도달했으며, 달을 관찰하면서 지구가 반사하는 태양빛에 달이 비춰진다는 사실을 공표하여 이론을 더욱 단단히 했다. 이제 아리스토텔레스의 상극적 세계관은 해체의 길로 접어들었다.

튀코 브라헤, 새로운 우주상을 제창하다
튀코 브라헤는 아리스토텔레스의 천문관을 부정하면서 코페르니쿠스의 체계화된 수학적 천문학 이론에 상당 부분 동의했으나, 지구의 정지를 확신하고 천동설의 입장을 취하면서 코페르니쿠스의 지동설은 거부했다. 현실주의자였던 튀코는 우주론도 정밀한 관측과 엄밀한 수학에 기반하는 근대 과학으로 변환시키고자 했다. 그에게 그 출발점은 코페르니쿠스와 프톨레마이오스 각자의 결함을 제거하고 통합하는 것이었다.
튀코는 태양과 달이 지구를 중심으로 주회하고 그 태양 주변에서 다섯 행성이 주회하는 ‘지구태양중심체계’를 제창하기에 이르렀다. 이 이론은 오늘날 우주론이 프톨레마이오스의 지구중심체계로부터 코페르니쿠스의 태양중심계로 발전하기까지의 과도기적인 성격을 갖는다고 할 수 있겠다.

케플러의 법칙을 수용해 가는 유럽의 세계관
메슈틀린의 제자였던 케플러는, 행성운동 법칙을 제창하여 해석할 때 그것이 물리학적·동력학적 원인으로 설명되어야 한다는 입장을 견지하면서 분열되었던 천문학과 자연학을 통합했다. 그는 행성운동의 동력인을 태양에서 찾아 행성 궤도는 태양을 포함한 부동의 평면상에 있다는 명제를 발견했고, 지구 궤도와 태양중심이론을 완성하기에 이른다.
17세기 초 케플러의 법칙이 정립되고 1627년에 『루돌프 표』가 완성됨으로써, 행성운동(궤도와 주어진 시각에서 갖는 위치)을 예측하고 확정하는 것을 목적으로 한 고대 이래의 천문학은 일단 완성되었으며, 유럽에서 이러한 세계관이 점차 수용되어 갔다. 케플러의 법칙은 엄밀한 수학적 개념으로 표현되고 정밀한 관측으로 검증되며 역학원리로 설명할 수 있다는 의미에서 첫 근대물리학 법칙이었던바, 이 책의 부록에서 케플러의 법칙을 더 자세하게 다루고 있다.

왜 유럽에서 과학이 탄생했는가
서구 근대과학 탄생사 시리즈의 완결편, 마지막 제3권 발간

16세기는 소위 ‘14~15세기의 르네상스’와 ‘17세기의 과학혁명’에 끼인 골짜기처럼 여겨지던 시대라고 할 수 있다. 이 시기에 ‘문화혁명’이라고 불러야 할 지식 세계의 지각변동이 일어났다는 점은 매우 주목할 만한 점이다. 대학의 아카데미즘과 거리가 멀고 문자문화의 세계에서 소외되었던 직인(職人)과 기술자, 예술가나 외과의, 상인이나 뱃사람들이 생산·유통이나 각종 직업 활동을 하는 과정에서 습득하고 축적한 경험 지식이 자연과 세계를 이해하는 데 유효하다는 것을 깨달았기 때문이다. 이는 당시까지 대학에서 가르치던 중세 스콜라학에 대치하는 것이었으며, 고대 문예의 부활을 통해 인간성의 회복을 추구했던 후기 르네상스의 인문주의 운동마저도 뛰어넘는 새로운 지식의 가능성을 시사했다.
『과학혁명과 세계관의 전환』(원제: 世界の見方の？換, 2014)은 『과학의 탄생』, 『16세기 문화혁명』의 저자이자, 일본 차세대 노벨상 수상자로 불리는 거장 야마모토 요시타카(山本義隆)가 쓴 서구 근대과학 탄생사 3부작 중 완결편인 마지막 제3부이다. 참고로, 『과학의 탄생』(원제: 磁力と重力の？見, 2003)은 국내에 2005년에 번역·출간되었고, 『16세기 문화혁명』(원제: 一六世紀文化革命,2007)은 2010년에 번역·출간되었다.
책은 15세기 중기부터 17세기까지, 북방의 인문주의 운동과 종교개혁을 배경으로 하여 중부 유럽을 무대로 한 세기 반에 걸쳐 전개된 천문학과 지리학, 즉 ‘세계 인식의 부활과 전환’에 대한 이야기를 다룬다. 저자의 전작인 『16세기 문화혁명』을 보완하는 의미로, 16세기 문화혁명과 나란히 진행됐던 천문학 개혁의 전말을 추적하는 것을 주된 내용으로 삼는다. 왜 그리고 어떻게 서구 근대에서 과학이 탄생했는가에 대한 문제의식에서 출발한 탐색은, 야마모토 요시타카의 역작들인 『과학의 탄생』, 『16세기 문화혁명』과 함께 3부작을 이루는 이 책으로 완결된다. 『과학혁명과 세계관의 전환』은 세 권으로 분권되어, 2019년에 제1권, 2022년에 제2권이 번역·출간된 후 2023년 6월에 마지막 제3권이 출간되었다.

『과학의 탄생』, 『16세기 문화혁명』의 저자
거장 야마모토 요시타카는 누구인가

저자는 총 3부작의 긴 여정을 통해 서구에서 과학이 탄생한 과정을 풍요롭게 그려냈다. 저자가 이처럼 오랜 기간 동안 근대과학사 3부작을 저술할 수 있었던 배경은 그의 독특한 이력을 통해 살펴볼 수 있다. 1941년 오사카에서 태어난 야마모토 요시타카는 과학사가, 자연철학자, 교육자이자 전 도쿄대 전공투(全共鬪) 의장이었다. 안보투쟁이 한창이던 1960년에 도쿄대학교에 진학하여, 베트남반전회의에 참여한 것을 계기로 도쿄대 전공투 의장을 맡아 도쿄대 투쟁을 이끌었던 것으로 아주 유명하다. 1969년 야스다 강당 공방전에 앞서 경찰의 지명수배를 받아 지하에 잠복했으나, 같은 해 9월 히비야공원에서 열린 전국 전공투연합결성대회에서 체포되었다.
1960년대의 급격한 경제 발전과 함께 정치·사회적으로 요동치는 상황을 직접 체험한 저자는 ‘일본 사회가 사실 근대화를 경험하지 않은 것이 아닐까’라는 의문을 품었고, 과학도 출신인 만큼 이와 관련해 ‘왜 유럽에서 과학이 탄생했는가’라는 질문의 답을 추구하게 되었다고 한다. 이런 문제의식은 재야 학자로서 그가 걸어온 연구의 발자취로 이어져, 1970년대에는 주로 물리학과 철학에 관련된 번역서, 1980년대부터 2010년 초반까지는 과학사 연구서, 그리고 2010년대에는 근현대 일본 과학기술사회를 비판한 평론서를 세상에 내놓게 된다.
과학사가인 저자의 가장 큰 특징은, 역사에서 중요한 함의를 읽어내는 통찰력뿐만 아니라 각 시대에 등장한 이론 체계를 수리적으로 해석할 수 있는 수학적·물리학적 지식을 겸비한다는 데 있다. 이 책 『과학혁명과 세계관의 전환』에서는 주제에 따라 두 요소의 절묘한 균형점을 찾아내면서 이러한 장점이 특히 잘 드러난다. 15세기까지 사변적인 학문의 세계와 경험적인 기술의 세계는 서로 분리되어 존재하고 있었으며, 그 경험적인 기술의 세계는 육체적이고 천한 것으로 여겨졌다. 그러나 그 이후 학자 집단과 직인이 서로 접근하면서 일어난 ‘16세기 문화혁명’을 통해 학문과 기술의 융화가 일어났으며, 이것이 17세기 과학혁명으로 이어졌다는 것이 저자의 주장이다.
과학과 사회를 바라보는 기존의 여러 편견에서 벗어나, 학문적으로도 사회적으로도 뜻깊은 경험을 저자는 독자들에게 전달하고 있다. 생업을 병행하면서도 지킨 극한의 학문적 성실성, 과학과 사회에 관한 깊은 성찰과 시민의식은, 읽는 이로 하여금 저자의 저술에 경의를 표하게 만든다.

제9장 혜성에 대한 시각의 전환 -이원적 세계가 용해되기 시작하다
1. 혜성의 자연학적 이해
2. 혜성징조설과 점성술
3. 정량적 혜성 관측의 시작
4. 포이어바흐와 혜성 관측
5. 시차를 사용한 혜성 고도 추정
6. 1531년의 핼리 혜성
7. 아리스토텔레스 기상론의 권위가 흔들리기 시작하다
8. 혜성에 관한 새로운 시각의 등장
9. 세네카의 『자연연구』를 둘러싸고
10. 파라켈수스의 우주

제10장 아리스토텔레스적 세계의 해체 -1570년대의 신성과 혜성
1. 1572년의 신성
2. 헤센 방백 빌헬름 IV세
3. 튀코 브라헤와 신성
4. 미하엘 메슈틀린과 신성
5. 고대적 우주상이 붕괴되기 시작하다
6. 튀코 브라헤와 천문학
7. 1577년의 혜성 관측
8. 튀코와 메슈틀린의 아리스토텔레스 비판
9. 메슈틀린의 달 관찰
10. 아리스토텔레스 비판에서 코페르니쿠스 이론으로
11. 튀코 브라헤와 점성술

제11장 튀코 브라헤의 세계 -강체적 행성천구의 소멸
1. 튀코 브라헤와 코페르니쿠스 이론
2. 튀코 브라헤의 천체 관측
3. 튀코 브라헤의 관측정밀도
4. 튀코 브라헤의 체계에 대하여
5. 파울 비티히
6. 크리스토프 로스만
7. 강체적 행성천구의 부정
8. 로스만과 코페르니쿠스 이론
9. 튀코의 체계가 야기한 것
10. 조르다노 브루노와 무한우주
11. 파트리치와 리디어트

제12장 요하네스 케플러 -물리학적 천문학의 탄생
1. 메슈틀린과의 만남
2. 케플러의 출발점
3. 우주의 조화로운 질서
4. 튀코 브라헤와 만나다
5. 케플러와 우르수스
6. 천문학의 가설에 관하여
7. 기하학적 가설과 자연학적 가설
8. 물리학으로서의 천문학
9. 물리학적 태양중심이론
10. 케플러의 제0법칙
11. 원궤도의 붕괴
12. 지구 궤도와 태양중심이론의 완성
13. 등속 원운동의 폐기와 면적법칙
14. 타원궤도를 향한 길
15. 케플러의 제1법칙
16. 제2법칙의 완성
17. 제3법칙과 케플러의 물리학
18. 플라톤주의와 원형 이론
19. 케플러에게 있어서의 경험과 이론
20. 마치며 -물리학의 탄생

후기
부록 C 케플러의 법칙과 관련하여
부록 D 케플러와 점성술
참고문헌
주

무릇 파라켈수스에게는 달 아래의 세계와 천상 세계라는 구별은 없었다. 그의 세계는 하늘까지 포함해서 4원소로 구성되었다. 이 점에서 파라켈수스의 세계는 오히려 세네카의 것에 가까웠다. 아리스토텔레스가 제5원소로 이루어진 천상 세계와 달 아래 최상부인 불의 원소의 영역으로 엄격히 구별했던 머리 위의 두 영역이, 파라켈수스에게는 모두 불로 구성되는 단일 세계로 간주되었다. 즉 원소 불은 지구에서 올려다본 하늘 전부를, 즉 아리스토텔레스가 우주론과 기상론 둘로 구별하여 논한 현상 모두를 구성한다.
_77쪽, 제9장 혜성에 대한 시각의 전환

앨런 채프먼(Allan Chapman)은 “근대천문학은 코페르니쿠스의 이론보다도 튀코의 1572년 신성 관측에서 탄생했다”라고 말했다. 아서 러브조이(Arthur Lovejoy)의 책에서도 “전통적 관념에 가장 심각한 타격을 가한 것은 코페르니쿠스의 추론이 아니라, 1572년에 튀코 브라헤가 카시오페이아자리에서 신성을 발견한 것이었다”라고 했다. 확실히 “1572년의 신성은 천문학의 전환점을 찍었다”라고 하며 “이 시대의 천문학 사상을 형성하는 데 이 1572년의 신성이 미친 영향은 아무리 크게 평가해도 지나치게 과하지 않다”.
_125~125쪽, 제10장 아리스토텔레스적 세계의 해체

어쨌든 현재의 시각으로 되돌아보면 행성 천구의 폐지가 새로운 천문학으로 발전해 가기 위해서는 원격작용으로서의 힘 개념을 필요로 했으며, 그것이 없는 단계에서는 운동의 원인을 영혼에서 구하는 물활론으로 빠지든가, 그렇지 않으면 근접작용에 기반하는 소박기계론으로 향하게 되는 것이 어떤 의미에서는 필연이었다. 왜냐하면 강체적 천구를 폐기해도 아리스토텔레스 자연학의 큰 틀에 사로잡혀 진공(眞空)을 인정하지 않는다면 우주공간은 어떠한 유체적 물질로 차 있게 되기 때문이다. 튀코의 체계에 찬동했던 로마의 젊은 예수회 수도사 크리스토포로 보로는 1612년의 수고에 “별들이 박혀 있는 강체적 천구는 존재하지 않으며 오히려 우주의 기계는 극히 유동적인 에테르적 대기 이외의 어떤 것도 아니다”라고 썼다. 그렇다면 그 우주유체 속 행성운동의 설명은 우선은 행성 자신의 의지에 의한 것이라 하든지, 아니면 그 유체의 압력 기울기에 의한 역학적 효과라 보든지 둘 중 하나가 되어야 할 것이다.
_273~274쪽, 제11장 튀코 브라헤의 세계

과학사가 브라이스 베넷이 말했듯이 “케플러는 그때까지 누구도 할 수 없었던 방식으로 천문학의 ‘물리학화(physicalizing)’에 성공했다”라고 하며, 따라서 징거리치가 말했듯이 “최초의 천문물리학자(the first astrophysicist)”가 되었다. 이것은 예측능력에는 어느 정도 뛰어났음에도 ‘현상을 구제하기’뿐인 수학적 천문학과, 사물의 본성으로 운동을 설명하지만 정량적 예측능력은 뒤떨어졌던 자연학적 우주론 양자의 결함을 동시에 극복하는 물리학적 천문학의 문을 열어젖혔음을 의미한다. 이것은 한편으로는 수학적 범주에 의존하지 않고 정량적 관측을 등한시했던 당시까지의 자연학을 수학적으로 재파악하여 정량적으로 관측에 기초를 두는 것이며, 다른 한편으로는 시종 수학적 기술만 하고 있던 천문학에 원인 개념을 도입하는 것이었다.
_437쪽, 제12장 요하네스 케플러