뉴턴과 라이프니츠의 시간과 공간이론에 대해 알아보자

좌측부터 아이작 뉴턴과 고트프리트 라이프니츠

인류 지성사에서 역사상 많은 천재들이 있었지만, 이 두 사람은 빠지지 않습니다. 바로 아이작 튜전(1642~1727)과 고트프리트 라이프니츠(1646~1716)입니다.

 

 

같은 시대를 살았던 천재 라이벌 2명

네 살 차이인 뉴턴과 라이프니츠는 동시대를 살았습니다. 둘은 말 그대로 천재로 철학, 과학, 수학, 논리학 등 수많은 영역에서 두각을 나타냈습니다. 숙명의 라이벌로 거의 같은 시기에 미분을 발견했는데, 서로 자기가 최초로 발견한 사람이라고 싸웠습니다. 나중에 뉴턴은 영국 왕립학회장이 되었고, 라이프니츠는 독일 베를린 과학아카데미 원장이 되었습니다. 이들의 싸움은 학계의 자존심을 넘어 나중에는 영국과 독일의 자존심 싸움으로 확대되었습니다. 이른바 미분 전쟁은 이들이 죽은 후에도 약 100년간 지속되었다고 합니다.

 

 

아이작 뉴턴(Sir Isaac Newton)에 대해 간단히 알아보기

과학혁명에 있어서 지대한 공헌을 한 과학자입니다. 고금 3대 수학자 중 한 사람, 2대 케임브리지 대학교 루카스 석좌 교수, 그리고 마지막 르네상스인이자 최후의 연금술사인 동시에 신학자이며 종교학자입니다. 사후 300년 가까이 된 지금까지 인류 역사상 가장 위대한 지성인으로 꼽을 수 있는 인물입니다. 수학에서 미적분법 창시, 물리학에서 뉴턴 역학 체계 확립, 이것에 표시된 수학적 방법 등은 자연과학의 모범이 되었고, 사상면에서도 역학적 자연관은 후세에 커다란 영향을 끼쳤습니다. 이후 뉴턴 역학(고전역학)은 알베르트 아인슈타인의 등장 전까지 과학계의 가장 큰 거목으로 자리 잡게 됩니다.

 

 

고트프리트 빌헬름 라이프니츠(Gottfried Wilhelm von Leibniz)에 대해 간단히 알아보기

고트프리트 빌헬름 라이프니츠는 독일의 사상가입니다. 라이프니츠는 수학, 물리학, 철학, 공학, 의학, 정치학, 지질학, 심리학, 도서관학 등 자신이 흥미를 가진 거의 모든 분야에서 업적을 남겼습니다. 아이작 뉴턴과 별개로 미적분을 창시했고 현대 디지털 컴퓨터의 필수요소인 이진법을 개발하였습니다. 디지털 컴퓨터 탄생으로부터 200여 년 전에 컴퓨터 개발을 시도한 선지자 중 하나였으며 물리학에서 동역학을 고안했습니다. 지질학과 관련해 지구 안에는 액체상태의 내핵이 있을 것이라고 예측했고 신비주의적인 중세 의학이 철저한 실험과 교차검증을 사용하는 방향으로 변해야 한다고 설파했으며 프로펠러, 물 펌프, 채광 기계, 증기기관, 바닷물 담수화 이론 등을 개발하는 등 응용공학에서도 다양한 발명을 해냈습니다.

 

 

시간과 공간 개념

뉴턴 曰 : 태초부터 시간과 공간은 있었다.

신이 어느 날 자고 일어나서 문득 우주를 보니, 너무 복잡하고 뭐가 많아서 하나씩 없애기 시작했다고 가정합시다. 은하도 없애고, 별도 없애고, 나중에는 먼지 한 톨까지 다 없애버렸습니다. 그러면 우주에는 과연 뭐가 남아있을까요? 뉴턴은 시간과 공간을 일종의 컨테이너와 같은 것으로 봤습니다. 안에 든 물건을 모두 없애버려도 컨테이너 그 자체는 남는 것처럼, 모든 물질을 없애도 시간과 공간은 그 자체로 남는다고 본 것입니다. 시간과 공간은 물질과 관계없이 절대적으로 존재한다는 것입니다. 뉴턴의 시간과 공간 개념을 '절대주의'라고 합니다.

 

시간과 공간은 언제 생긴 것인지 의문이 듭니다. 신이 엿새 동안 천지창조를 하면서 시간과 공간을 만들었다는 말은 없습니다. 그러면 신이 천지창조를 하기 전에도 시간과 공간은 있었다는 의문이 생기는데, 이에 대해 뉴턴은 '그렇다'라고 대답합니다. 시간과 공간은 신의 '감각 기관'이라는 것입니다. 그냥 나름대로 해석해보면, 시간과 공간은 신의 한 가지 모습이라는 것입니다. 그래야 시간과 공간이 영원히 존재한다는 것을 설명할 수 있기 때문입니다.

 

 

라이프니츠 曰 : 태초 이전에 시간과 공간은 없었다.

라이프니츠는 시간과 공간이 절대적으로 존재하는 것이 아니라 그냥 물체들 사이의 관계라고 보았습니다. 우주에 있는 모든 물질을 없애버리면 시간과 공간도 사라진다는 것입니다. 마치 이 세상의 모든 남자가 사라지면 형제관계가 사라지는 것처럼 말입니다. 이것을 바로 '관계주의'라고 합니다.

 

관계주의를 받아들이면, 신이 굳이 시간과 공간을 창조할 필요가 없고, 신이 물질을 창조하면 자동적으로 생깁니다. 시간과 공간은 물질들 간의 관계이기 때문입니다. 또한 "우주 밖에는 무엇이 있는가?"라는 질문도 그 자체로 난센스가 됩니다. 관계주의를 받아들이면, 우주 밖에는 아무 물질이 없고, 아무런 물질이 없으면 공간도 없으므로 '우주 밖'이라는 개념 자체가 성립하지 않기 때문입니다.

 

마찬가지로 "신은 우주를 언제 창조했는가?"라는 질문도 그 자체로 난센스가 됩니다. 신이 우주를 창조하기 전에는 물질이 없으니 시간 자체도 없기 때문입니다. '언제'라는 개념 자체를 쓸 수 없는 것입니다.

 

 

뉴턴(절대주의) VS 라이프니츠(관계주의)

우주에 모든 것이 사라지고 '손' 하나만 달랑 남았다고 가정해봅시다. 그 손은 오른손일까요, 왼손일까요? 아니면 오른손도 왼손도 아닌 그저 손일까요? 만약 오른손이나 왼손일 거라고 생각하는 사람이라면, 뉴턴이 말한 절대 주의자입니다. 절대주의를 받아들이면, 우주의 모든 것이 사라져도 공간이 남고, 공간에는 오른쪽과 왼쪽이 있기에 우주에 달랑 손 하나만 있어도 오른손이거나 왼손일 수 있는 것입니다.

 

만약 오른손도 왼손도 아니라고 생각한다면, 라이프니츠가 주장한 관계 주의자입니다. 라이프니츠에 따르면, 우주에는 공간이 없으므로 우주에 달랑 하나 남은 손은 오른손도 왼손도 아닌 그냥 중립적인 손이라고 봐야 합니다. 이러한 흥미진진한 설명은 칸트가 제시한 문제입니다.

 

20세기에 들어와 '시간과 공간이란 무엇인가'에 대한 논란의 양상에 변화가 생겼습니다. 아인슈타인이 상대성이론을 발표하면서 시간과 공간을 하나의 4차원 시공간 차원으로 보게 된 것입니다. 그렇다고 논란이 종식된 것은 아닙니다. "아인슈타인이 말하는 시공간은 물질에 관계없이 절대적으로 존재하는가? 아니면 물체들 간의 관계일 뿐인가?"라는 논쟁이 계속되고 있습니다. 결국 뉴턴과 라이프니츠 사이에 버어진 논란이 21세기인 지금까지 해결되지 않았다고 볼 수 있습니다.