[김민형의 여담] 원자론과 세균론?

김민형 ㅣ 워릭대 수학과 교수 

몇년 전에 옥스퍼드대학의 보들리언 도서관에서 대량의 헌 수학책들을 수학연구소로 배달해서 공짜로 배포한 일이 있었다. 책보다 공간이 귀한 시대에 계속 늘어나는 장서를 도서관들이 이런 식으로 처분하는 일을 종종 볼 수 있다. 나는 내 소유의 책들도 귀찮은 짐으로 여긴 지 오래됐기에 큰 관심이 없었지만 한두 번쯤 연구소 바닥에 널려 있는 먼지 덮인 고서들을 지나면서 훑어보다가 루트비히 볼츠만이 쓴 ‘맥스웰의 전기와 빛 이론 강의록’ 초판이 눈에 띄어서 재빨리 차지해버렸다. 19세기 중반에 전자기학의 체계적인 이론을 정립한 맥스웰은 다른 한편으로 기브스, 그리고 볼츠만 자신과 함께 통계 물리의 창시자로 간주되기 때문에 볼츠만이 설명하는 맥스웰의 이론이 흥미롭지 않을 수 없었다. 통계 물리는 수많은 미세 원자들의 복잡한 상호작용으로부터 일상적인 물체의 성질들이 어떻게 발현되는가 설명하는 이론이기 때문에 현재의 원자론, 즉, 세상의 모든 물질이 원자로 이루어졌다는 가설이 받아들여지는 데 결정적인 역할을 하였다. 눈에 보이지 않는 기본 물질이 물 한 컵, 우리의 몸, 더 나아가 지구 전체나 태양 같은 별을 형성한다는 것이 무슨 의미인지 정확한 수학적 프레임워크 없이 지금도 파악하기 힘들다. 그래서 서양 사상사에서 원시적인 원자론이 기원전 5세기경에 데모크리토스에 의해서 창시되고 에피쿠로스에 의해서 기원전 4세기쯤 어느 정도 체계화됐다고 전해지지만 믿을 만한 과학이 되는 데는 수천년이 걸린 것 같다.

볼츠만의 책을 집에서 자세히 들여다보면서 표제지에 저자의 서명이 돼 있다는 조금 놀라운 발견을 했다. 그 책은 20세기 초에 도서관에 기증된 기록이 붙어 있기 때문에 볼츠만이 1894년 명예학위를 받으러 옥스퍼드에 왔을 때 소유자가 서명을 부탁한 것으로 추정할 수 있었다. 어쩌면 그해가 볼츠만 커리어의 절정기였을 것도 같다. 지금은 일반인에게도 알려진 ‘엔트로피’의 개념을 확률론의 관점에서 설명하는 그의 이론이 영미권에서 인정받고 있었으나 대륙에서, 특히 그가 일하던 빈에서는 원자론에 대한 거센 비판이 주류를 이루어서 볼츠만은 상당한 정신적 고통에 시달렸다고 한다. 그 당시 많은 독일권 철학자들은 감각의 세계를 초월하는 원자의 존재를 믿지 않았고 대륙 과학 철학계의 거장 마흐가 그의 이론을 회의적으로 보며 개인적으로도 심한 공격을 가한 것으로 알려져 있다. 마흐를 비롯한 동료들과의 갈등 때문에 그는 1900년에 라이프치히로 자리를 옮겼다가 마흐가 은퇴한 1902년에 빈으로 돌아왔다. 그 후로도 계속된 철학적 비판과 열악한 건강 상태를 견디지 못한 나머지 볼츠만은 1906년에 이탈리아의 트리에스테에서 가족과 휴가 중 목매달아 자살했다. 볼츠만의 종말은 우리 시대에 누구에게나 당연시되는 원자의 존재 이론이 얼마나 험난한 역사적인 난관을 통과해야만 했는가를 보여주는 비극적인 드라마가 아닐 수 없다.