독일 프라이부르크대학에 세워져 있는 아리스토텔레스 동상(왼쪽)과 토마스 쿤. 과학사의 기념비적 저서인 '과학혁명의 구조'는 쿤이 아리스토텔레스의 운동이론을 오늘날 시각에서 재해석하면서 탄생한 것이다. [Cipri Adolf Bermann / CC BY-SA 3.0]
아리스토텔레스의 물리학 가운데 지금까지 인정받는 것이 많지 않기 때문에 우리는 학문 발달에 기여한 그의 공로를 과소평가하는 경향이 있습니다. 오늘날 관점으로 그를 평가해선 곤란합니다. 토머스 쿤은 『과학혁명의 구조』에서 아리스토텔레스의 역학을 우습게 볼 게 아니라는 깨달음의 결과물이라고 봐야 한다고 역설합니다.
하버드 대학교 조교시절 인문사회계열 대학생을 위한 교양과학 교재를 준비하면서 아리스토텔레스의 원전을 읽은 쿤은 처음엔 그의 운동 이론을 납득하기 어려웠다고 합니다. 사실 어려워서가 아니었습니다. 윤리학이나 인식론 같은 철학에서는 오늘날 관점으로도 합리적이고 탁월한 통찰을 제시했던 아리스토텔레스가 운동 이론에 대해서는 ‘멍청해 보일 정도’로 형편없는 설명을 내놓았기 때문입니다. 갈릴레이와 뉴턴에 의해 완성된 고전물리학을 배운 사람이 보면 아리스토텔레스의 운동 이론은 정말 한심할 정도이니까요.
이 문제를 놓고 고민하던 쿤은 1948년 여름에 계시와도 같은 깨달음을 얻었다고 합니다. 그것은 아리스토텔레스의 운동개념이 물체의 거리 이동만이 아니라 변화 일반을 포괄하는 것으로서, 근대적 운동 개념과 질적으로 달랐다는 것입니다. 운동을 이렇게 파악하고 나니 그의 운동 이론이 매우 합리적으로 이해되었다고 합니다.
나아가 아리스토텔레스의 물리학과 17세기 갈릴레이의 물리학 사이에는 단순한 계단식 발전이나 오류의 교정이 아닌 혁명과 같은 단절이 존재한다고 쿤은 생각하게 됩니다. 이런 생각을 발전시킨 것이 바로 과학철학사에 기념비적인 저작 『과학혁명의 구조』입니다.
『과학혁명의 구조』을 거칠게 요약하면, 과학의 발전은 점진적이 아니라 혁명적이라는 주장입니다. 새로운 과학적 사실과 주장은 기존 주류 과학체계와 갈등 및 투쟁을 거쳐 새로운 패러다임을 형성한다는 것입니다. 
오늘날 흔히 쓰는 '패러다임(paradigm)이라는 용어는 토마스 쿤이 여기서 처음 사용했다고 합니다. 패러다임은 한 시대의 사회 전체가 공유하는 이론이나 방법, 문제의식 등의 체계를 뜻합니다. 예를 들어 천동설이 진리로 받아들여지던 시기에 다른 모든 천문 현상은 천동설의 패러다임으로 설명되고 이해되었겠지요.
아리스토텔레스, 과학 방법론의 씨앗 뿌려
아리스토텔레스는 몇 가지 그럴듯한 가정을 바탕으로 자연계를 논리적으로 설명하는 데 처음으로 ‘성공’한 철학(과학)자입니다. 우주에 대한 아리스토텔레스의 설명이 거의 2000년 동안 서양 문명에서 받아들여졌다는 사실은, 그의 체계가 합리적이며 논리정연하다는 것을 증명합니다. 가톨릭교회는 그의 물리학을 교리로서 받아들이기까지 했습니다.
그러나 더욱 중요한 것은 아리스토텔레스가 구상한 체계 자체보다 자연계를 설명하기 위해 도입한 방법이었습니다. 몇 가지 간단한 가정에서 출발한 다음, 논리적 전개를 통해 더욱 복잡한 상황까지 정확하게 설명하는 것은, 옳은 설명을 위해 지금도 우리가 사용하고 있는 방법입니다. 그가 가졌던 의문 역시 중요한 의미를 갖습니다. 물체는 무엇으로 구성되어 있는가, 물체는 왜 떨어지는가, 태양, 달, 별 등은 왜 움직이는가. 발사체는 왜 계속 움직이는가... 아리스토텔레스는 누구보다 먼저 물리학의 기본 문제들을 제기한 사람입니다.
아리스토텔레스의 자연관 ... 이성적이고 합리적인 논증에 따라 탐구해야 할 대상
아리스토텔레스는 자연이란 이성적이고 합리적인 논증에 따라 탐구하고 파악해야 할 대상이라고 주장했습니다. 그의 자연관은 “자연은 무엇인가를 위해서 존재하기 때문에 이 ‘목적’을 조사하지 않으면 안 되며, ‘원인을 향한 질문’에 대해서는 ‘왜’ 라는 말이 갖는 모든 의미에 대해 답하지 않으면 안 된다.”는 말 속에 집약돼 있습니다.
아리스토텔레스의 방대한 저서들은 기독교라는 색안경으로 자연을 보았던 중세 사람들에게 그때까지 가려져 있었던 자연에 대한 정당한 사실을 제공하고, 그 사실들을 통일적으로 파악하는 개념 장치와 논리적인 도식을 제공하는 것에만 머무르지 않았습니다. 자연을 대하는 자세, 자연에 대한 관점 자체를 변화시켰던 것입니다.
아리스토텔레스를 발견함으로써 유럽 지식인들 사이에는 자연의 질서와 변화는 자체의 원리, 즉 자연에 내재하는 힘과 목적에 지배당하고 있으며, 자연적 이성에 따라 합리적으로 이해되어야 한다는 의식이 조금씩 싹트기 시작했습니다. 토마스 아퀴나스나 로저 베이컨이 등장하기 1세기 전, 다시 말해 이슬람 사회에서 서유럽으로 아리스토텔레스의 저서들이 번역되기 시작했던 12세기가 ‘자연 발견의 시대’라 불리는 것은 이런 의미에서입니다.
그리스가 쇠퇴하고 대신 로마가 등장하면서 고대 문명의 과학발전은 지지부진했습니다. 그나마 과학적 발견이라고 할 만한 것은 주로 지중해 동쪽 지방에서 나왔습니다. 이집트의 알렉산드리아는 유명한 도서관이 위치한 곳이었고, 수백 년 동안 학자들의 활동 중심지였습니다. 프톨레마이오스(Claudius Ptolemaeus, AD 90~160)가 별들의 움직임을 관측하고, 지구 중심설을 구상한 곳도 바로 알렉산드리아였습니다.
로마시대 과학의 쇠퇴 ... 그리스를 대신한 알렉산드리아
로마시대 과학의 쇠퇴는 로마가 그리스와 달리 상업을 금지한 것과 밀접한 관계가 있습니다. 로마에서는 상인 특유의 계량적 공간적 사고가 결여되었고, 이는 곧 수학과 과학의 쇠퇴로 이어졌다는 분석이 설득력을 얻고 있습니다. 로마 전성기에 키케로(Cicero, BC 106~43)는 “그리스의 수학자는 순수기하학의 분야에서 뛰어나지만 우리들은 다만 계산과 측량이라는 한정된 작업에만 종사하고 있다.”고 비평했을 정도입니다.
또 그리스도교가 성행해 반과학적 분위기가 조성된 측면도 무시할 수 없습니다. 알렉산드리아 무세이온의 미모의 여성 천재 수학자 히파티아가 광신도들에 의해 처참하게 살해된 것은 이를 보여주는 상징적인 사건입니다.
프톨레마이오스보다 350년 뒤인 서기 500년 시대 사람인 필로포누스가 아리스토텔레스 물리학을 가장 먼저 비판한 곳도 역시 알렉산드리아였습니다. 필로포누스는 발사체 운동에 관한 아리스토텔레스의 설명을 비판했습니다. 그는 발사체가 움직임을 시작하는 순간 일종의 원동력을 얻게 된다고 주장했습니다. 그의 이런 주장은 발사체에 관성이 작용한다는 오늘날의 생각에 매우 근접해 있습니다.
필로포누스는 또 무게가 서로 다른 물체들이 같은 속도로 떨어지는 곳은 진공뿐이라고 한 아리스토텔레스의 결론에도 역시 의문을 품었다고 합니다. 필로포누스는 무게의 차이가 큰 물체들이 공기 속에서도 거의 같은 속도로 떨어진다는 것을 증명해보였습니다. 아리스토텔레스가 죽은 지 800년 이상이 지나서야 비로소 이러한 비판이 나왔다는 것은 그만큼 그의 영향력이 컸음을 의미합니다.
필로포누스, 뷔리당, 오컴의 아리스토텔레스 비판 ... 발사체 운동, 낙하 속도
로마 멸망 이후 유럽에서는 암흑시대가 시작되었고, 알렉산드리아는 도서관과 학문의 중심지로서의 역할을 상실했습니다. 이로써 과학의 발전은 종말을 맞이하게 된 것입니다. 700년이 더 지나서야 마침내 르네상스가 시작되었고, 유럽 학자들은 철학과 예술에 관한 고대 그리스인의 공헌을 재발견했습니다. 르네상스 특징 가운데 하나가 고대 그리스의 사고방식으로 되돌아가는 것입니다. 고대 그리스의 사상을 알기 위해서는 아랍 문헌을 보아야 했겠지요. 아랍 문헌은 주로 스페인과 시칠리아에서 얻었는데, 두 지역은 기독교와 이슬람교가 모두 지나간 곳이었습니다.
13세기에 토마스 아퀴나스는 아리스토텔레스의 철학을 가톨릭 교리와 교묘하게 조화시켰습니다. 14세기 초에 이르러서는 아리스토텔레스의 철학 체계가 교회의 교리에서 중요한 위치를 차지하게 되었고, 공부해야 할 정규 과목이 되었습니다. 그러는 동안 운동의 성질에 관하여 근본적인 의문들이 다시 제기되었는데, 특히 파리 대학과 옥스퍼드 대학의 학자들이 앞장섰습니다.
잘 뷔리당과 윌리엄 오컴(William Ockham, 1285~1349)은 운동에 관해 연구한 끝에 아리스토텔레스의 생각에 문제가 있다는 결론을 얻었습니다. 뷔리당은 필로포누스에 이어 아리스토텔레스의 발사체 운동 이론에 반론을 제기했습니다. 뷔리당은 양끝이 뾰족한 창을 예로 들며 공기가 뒤에서 민다는 아리스토텔레스의 주장을 반박했습니다.
뷔리당은 필로포누스처럼 운동하는 물체에는 운동을 지속할 수 있는 어떤 힘이 주어진다고 결론을 내렸습니다. 그는 그 힘을 ‘추진력’이라고 부르고, 물체가 운동을 지속하는 동안 서서히 없어진다고 믿었습니다. 뷔리당의 추진력 개념은 갈릴레이와 뉴턴에 상당히 근접해 있습니다.
1277년 파리종교회의에서도 아리스토텔레스의 여러 명제가 비판받았습니다. 진공의 존재에 대한 부정도 그 가운데 하나였습니다. 신이 뜻하면 진공을 만들 수 있다는 것이 종교회의의 결론이었다고 합니다.
<'우주관 오디세이' 저자>
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