그(데모크리토스)는 물체는 복잡하게 얽힌 원자의 집합이라고 생각했다. 심지어 우리 자신도 그렇다는 것이다. - P357
데모크리토스는 "원자와 빈 공간void을 제외하면 아무것도 없다."라고까지 주장했다. - P357
그(데모크리토스)의 논지에 따르면 칼로 사과를 자를 때 칼날은 원자들 사이의 빈공간을 통과한다. 사과에 칼날이 통과할 빈 공간이 없다면 칼은 더 쪼개질 수 없는 원자를 만나게 되므로 결국 사과는 잘라질 수 없게 될 것이다. - P357
미세한 규모의 울퉁불퉁함을 데모크리토스는 원자의 세계로 인정했다. - P358
데모크리토스는 원뿔 또는 피라미드의 부피를 계산하는 방법을 고안했다. 그는 점점 넓이가 좁아지는 지극히 얇은 판들을 밑바닥에서 꼭대기까지 쌓아올리면 원뿔이나 피라미드를 만들 수 있다고 여기고 얇은 판들의 부피를 더하면 피라미드나 원뿔의 부피를 계산할 수 있다고 생각했다. 현대 수학에서 극한의 원리라고 불리는 문제를 데모크리토스는 이런 식으로 기술했던 것이다. 그는 이렇게 해서 미적분의 문턱에까지 간 셈이었다. - P358
데모크리토스는 그 안에 있는 별을 하나하나 분간해 볼 수는 없지만 은하수가 수많은 별들이 모여서 이루어진 별들의 집단이라는 사실을 이미 알고 있었다. - P359
이 사실을 1750년에 와서야 비로소 알게 된 토머스 라이트 Thomas Wright는 데모크리토스의 혜안에 경탄을 금치 못하면서 이렇게 이야기했다. "천문학이 광학 기술 발전의 덕을 보기 훨씬 전부터 데모크리토스는 흔히들 말하는 이성의 눈만 가지고도 무한의 심연을 충분히 꿰뚫어 볼 수 있었다. 그러므로 그는 후대에 더 유리한 조건에서 능력 있는 천문학자들이 이룩한 수준에 이미 오래전에 도달했던 셈이었다." 데모크리토스의 사고력이야말로 헤라의 젖을 극복하고 밤하늘의 등뼈를 뛰어넘어 하늘 높이 치솟아 올랐던 것이다. - P359
후에 에우독소스와 아르키메데스가 미적분법을 약간 진전시키기는 했다. - P359
아낙사고라스 Anaxagoras는 기원전 450년경 아테네에서 활약했던 이오니아 출신의 실험가였다. 그는 부자였지만 재화에 관심이 없었다. 그의 삶은 과학에 대한 열정으로 가득했다. 인생의 목적이 무엇이냐는 질문에 그는 ‘태양, 달, 하늘에 관한 탐구"라고 답했다. 그것은 정말 천문학자들에게 어울리는 대답이었다. - P360
아낙사고라스는 데모크리토스만큼 과격하지는 않았지만 철저한 물질주의자라는 점에서 그와 궤를 같이 했다. 소유물을 중히 여긴다는 뜻에서가 아니라, 물질이 세계를 지탱하는 근본이라는 뜻에서 그들은 물질주의자(유물론자) 였다. 아낙사고라스는 모종의 정신적 요소는 믿었지만 원자의 존재는 믿지 않았다. - P360
그(아낙사고라스)는 달이 밝게 보이는 것이 반사된 빛 때문이라고 확실하게 이야기한 최초의 인물로서 달이 차고 기우는 위상 변화를 올바르게 이해하고 있었다. - P361
지구, 달 그리고 스스로 빛을 내는 태양, 이 셋이 이루는 상대 배치에 따라서 달의 위상이 변하고 월식현상이 일어난다는 설명은 당시의 상식과는 전혀 부합될 수 없는 성질의 것이었다. - P361
당시 사람들은 태양과 달이 신이라고 믿고 있었다. 그런데 아낙사고라스는 태양과 별이 불타는 돌이라고 생각했다. 별이 우리에게서 아주 멀리 떨어져 있기 때문에 우리가 그 열기를 느끼지 못할 뿐이라는 것이었다. - P361
"그 열광적인 우상 숭배자들은 자신들이 신으로 모시는 태양이 돌이라는 주장에 모욕감을 느끼면서도, 정작 우상인 돌을 신으로 모시는 자신들의 어리석음은 깨닫지 못했다." - P362
피타고라스는 지구가 공과 같이 둥글다고 추론한 역사상 첫 번째 인물이었다. 달이나 태양의 유사성에서 주목했거나, 아니면 월식이 일어날 때 달에 비친 지구의 그림자가 원형이라는 사실에 근거하여, 지구가 둥글다는 추론을 했을 것이다. 또는 사모스 섬을 떠나는 배가 수평선 너머로 사라질 때 시야에서 마지막으로 사라지는 부분이 돛대라는 점도 지구가 구형이라는 추론의 근거가 됐을 것이다. - P364
기원전 6세기는 놀랍게도 지구 전체가 지적, 정신적으로 요동하던 시기였다. 이오니아에서는 탈레스, 아낙시만드로스, 피타고라스와 그 밖의 철학자들이 활약하던 시대였고, 이집트에서는 당시의 파라오인 네코의 명에 따라 아프리카 대륙을 활주하는 항해가 있었다. 종교적으로도 특별한 시기였다. 페르시아의 조로아스터, 중국의 공자와 노자, 이스라엘, 이집트, 바빌로니아의 유대인 예언자들 그리고 인도의 석가모니가 활약하던 종교의 황금기였다. 이러한 활약상들 사이의 연관성을 찾아볼 수 없다는 점은 참으로 이해하기 어려운 인류 역사의 수수께끼이다. - P363
피타고라스는 이 법칙(피타고라스 법칙)이 성립하는 직각삼각형들의 사례를 단순히 열거한 것이 아니라 이것을 일반적으로 증명할 수 있는 수학적 추론의 방식을 개발했다는 사실에 우리는 주목할 필요가 있다. 현대의 모든 과학 연구에서 필수적인 수학적 논증의 전통은 피타고라스에서 시작된 것이다. - P364
‘코스모스‘라는 단어를 처음 사용한 이도 바로 피타고라스였다. 그는 우주를 "아름다운 조화가 있는 전체", 즉 코스모스로 봄으로써 우주를 인간의 이해 범주 안으로 끌어들였던 것이다. - P364
이오니아 사람들 대부분은 우주의 조화에 인간이 접근할 수 있는 길은 관측과 실험이라고 믿었다. 현대 과학에서도 관측과 실험이 연구활동을 주도한다. 하지만 피타고라스의 접근 방식은 매우 달랐다. 그는 순수한 사고를 통해서 자연의 법칙을 추론해 낼 수 있다고 가르쳤다. 근본적으로 피타고라스학파는 실험주의자가 아니었다. 그들은 수학자였으며 철두철미한 신비주의자였다. - P364
하지만 다행히도 몇 가지 예외가 있었다. 피타고라스학파는 음악적 화성의 정수비에 매료돼 있었다. 그들의 연구는 줄을 튕기는 소리 실험에 기반을 두고 있었음에 틀림이 없다. 실험을 중시하던 엠페도클레스의 사상도 일부는 피타고라스학파와 관련이 있다. - P364
피타고라스의 학생인 알크마이온Alcmaeon은 인체를 해부한 최초의 인물로 알려져 있다. 그는 동맥과 정맥을 구별했으며 시신경과 유스타키오관을 발견한 첫 인물이며, 뇌가 지력知力의 장소라고 확실히 알고 있었다. (지력의 장소에 관한 그의 생각은 후에 아리스토텔레스를 통해 부정된다. 하지만, 칼케돈의 헤로필로스Herophilos에 의해 재확인된다. 아리스토텔레스는 지력이 심장에서 나온다고 믿었다.) 그는 또한 발생학의 창시자이기도 했다. 애석하게도 알크마이온이 품었던 소위 ‘때묻은 생각‘에 대한 열의는 그 후에 피타고라스학파 안에서 공유되지 않았다. - P364
약간은 지나친 혹평이라고 할 수 있겠으나, 버트런드 러셀 Bertrand Russell은 피타고라스학파에 관해서 이렇게 이야기한 바 있다. "피타고라스는 새 종교를 창시했는데, 그것은 영혼의 이주성移住性, transmigration과 콩 섭취의 죄악성에 그 핵심 교의를 둔 일종의 밀의 종교密儀宗敎 였다. 그의 종교는 교단敎團의 형태로 구체화되었다. 그 교인들이 여기저기 국가의 권력층에 끼어들었고, 드디어 성인聖人들이 지배하는 정치 체제를 구축했다. 그러나 회개하지 않은 죄인은 콩 맛을 잊지 못하고 안달하다가 결국에는 교의에 등을 돌리고 말았다." - P365
피타고라스학파는 수학적 논증의 객관성 및 확실성에 매료돼 있었으며, 수학적 논증이야말로 인간 지성이 도달할 수 있는 순수하고 더러움이 없는 최상의 인지 세계라고 받아들였다. 그리고 이러한 논증체계야말로 코스모스였다. 그 안에서는 직각삼각형의 변조차도 단순한 수학적 관계에 순종해야 했다. 이것은 번잡한 일상생활과 크게 대비되는 생각이었다. 그들은 자신들의 수학을 통해서 완벽한 현실, 즉 신의 영역을 들여다볼 수 있다고 여겼고, 우리에게 익숙한 세상은 완벽한 세계의 단지 불완전한 투영일 뿐이라고 생각했다. - P365
플라톤의 유명한 동굴의 우화를 보면, 죄수들은 지나가는 이의 그림자만 볼 수 있도록 동굴 안에 묶여 있기 때문에 그 그림자를 현실이라고 생각한다. 고개만 돌리면 바로 옆에 있는 복잡한 현실계를 알아볼 수 있음에도 불구하고 그들은 그림자를 자신이 속한 세계의 전부라고 믿을 수밖에 없다. 현실의 복잡한 실상을 그들은 상상할 수가 없는 것이다. 피타고라스학파는 플라톤에게, 그리고 나중에는 기독교 사상에 지대한 영향을 미치게 된다. - P365
그들(피타고라스학파)은 상충하는 관점들의 자유로운 대결을 허락하지 않았다. 이점은 모든 정통 종교에서 공통적으로 볼 수 있는 현상이다. 이와 같은 경직성 때문에 피타고라스학파는 자신들의 오류를 고쳐 나갈 수가 없었던 것이다. - P366
토론에서 정말로 필요한 것은 논지의 완벽함이지 그 논지가 지니는 권위의 무게가 아니다. - P366
가르치는 것을 업으로 하는 이들의 권위가 배우고 싶어 하는 자들에게 장애의 요인으로 작용하여, 결국 학생들로 하여금 자신의 판단력을 발휘하지 못하게 만든다. 권위의 무게가 중시되는 사회에서는 주어진 문제의 답을 스승이 내린 판단에서만 찾으려 하기 때문이다. - P366
나(키케로)는 피타고라스학파에서 통용됐던 이와 같은 관행을 받아들이고 싶지 않다. 그들은 논쟁에서 "우리의 스승께서 말씀하시기를......" 하는 식으로 대답하는 습관이 있었다. 여기서 스승은 물론 피타고라스를 가리킨다. 이미 정해진 견해들이 아주 강해서 타당한 이유가 제시되지 않은 채 권위가 모든 것을 지배하는 식이었다. - P366
피타고라스학파는 모든 면이 동일한 정다각형으로 만들어진 삼차원적 구조물, 즉 정다면체에 특별히 매료돼 있었다. 여섯 개의 정사각형으로 만들어진 정육면체가 정다면체의 가장 간단한 예이다. 정다각형의 종류는 무한하지만, 정다면체는 오로지 다섯 가지만 가능하다. - P366
다각형을 일컫는 그리스어 폴리곤 polygon은 ‘여러 개의 각‘을 뜻한다. 각 변의 길이가 같은 평면 도형이 정다각형이다. 길이가 같은 변 세 개로 만들어진 평면 도형이 정삼각형이고 변이 넷이면 정사각형, 다섯 개면 정오각형이다. - P690
다면체란 각각의 면이 다각형으로 이루어진 삼차원적 입체 구조를 지칭한다. 다면체를 일컫는 그리스어 폴리헤드론 polyhedron은 여기서 ‘여러 개의 면‘을 뜻한다. 예를 들어 정육면체는 여섯 개의 정사각형 면으로 이루어진 다면체이다. 바른다면체 또는 정다면체는 흠이 없는 다면체를 뜻한다. - P690
피타고라스학파와 요하네스 케플러의 연구에서는 정다면체가 다섯 가지밖에 없다는 사실이 근간을 이루고 있었다. 이보다 후대에 와서 레온하르트 오일러Leonhard Euler와 르네 데카르트가 발견한, 정다면체의 면 수 F, 모서리의 수 E, 꼭짓점의 수 V 사이에 성립하는 (V-E+F=2, 식(2) 라 지칭함)의 관계를 이용하면 정다면체의 종류가 다섯 가지뿐이라는 사실을 아주 쉽게 증명할 수 있다. - P690
우선 정육면체를 예로 들어 이 식(V-E+F=2)의 성립 여부를 조사해 보자. 정육면체의 경우 이름 그대로 F=6이며, 꼭짓점의 수가 여덟 개이니 V=8이다. 그러므로 (6+8)-2=12 에서 모서리의 개수가 E=12개라고 예상할 수 있다. 실제로 정육면체에는 모서리가 열 두 개 있다. - P691
다면체에서 인접한 면 두 개는 모서리를 하나 공유한다. 정육면체를 다시 생각해 보자. 모서리 하나가 인접한 두 평면의 경계를 이루고 있음이 확실하다. - P691
정n면체가 갖는 면들의 총수는 n X F이다. 그런데 면 두 개마다 모서리가 하나씩이니까,
n X F = 2 X E (식(3)이라 지칭)
의 관계가 성립한다. - P691
꼭짓점 하나에서 만나는 모서리의 수를 r라고 하자. 예를 들어 정육면체의 경우 모서리가 세 개 만나서 꼭짓점이 하나생기니까 r = 3이란 이야기이다. 그렇다면 r X V = 2 X E (식(4)라고 지칭)의 관계가 성립함을 알 수 있다. - P691
식 (3)에서 얻은 F = 2 E/과 식 (4)의 V = 2 E/r의 결과를 식 (2)에 대입하면, 2 E / r - E + 2 E / n= 2 의 관계를 얻을 수 있다. 이 식의 양변을 2 X E로 나누면,
1/n + 1/ r = 1/2+1/E (식(5)라 지칭)의 관계가 성립한다. - P692
가장 간단한 다각형이 삼각형이므로, n은 적어도 3이거나 3보다 커야 한다. 꼭짓점을 하나 만드는 데 최소한 세 개의 면이 교차해야 하니까, r역시 적어도 3이거나 3보다 커야 한다. n과r가 ‘동시에‘ 3보다 크다면 식 (5)의 좌변은 3분의 2보다 작아야 한다. 그렇다면 E로 그 어떤 양의 정수를 택해도 이 식을 만족시킬 수 없다. n과r가 동시에 3보다 크다면 명백한 모순에 이르게 된다는 이야기이다. 다시 말해서 우리는 또다시 귀류법의 성공 현장에 서게 된 셈이다. - P692
즉 n = 3이면서 r가 3보다 크든가, 아니면 r = 3이면서 n이 3보다 커야 한다는 결론이다. - P692
먼저 n = 3인 경우를 보자. 그러면 식 (5)는
1/3 + 1/ r = 1/2 + 1/E
로 되고, 여기서 우리는
1 / r = 1/E + 1/6 (식(6)이라 지칭)
의 관계를 얻는다.
즉 r는 3이나 4나 5가 될 수 있다. 만약 E가 6이거나 그 이상이면 이 식은 충족될 수 없다. - P692
n=3이고 r=3이라면 꼭짓점마다 세 개의 삼각형이 만난다. 식 (6)으로부터 모서리가 여섯 개, 식 (3)에서 면이 네 개, 그리고 식 (4)에서 꼭짓점이 네 개인 다면체이다. 다시 말해서 n=3의 경우가 피라미드 모양의 정사면체라는 결론이 나온다. - P693
n=3이고 r=4의 경우, 꼭짓점마다 네 개의 삼각형이 만나서 만드는 팔면체가 얻어진다. n=3에 r=5이면, 꼭짓점 하나에 삼각형이 다섯개씩 만나서 이루는 이십면체가 만들어진다. - P693
만약 r = 3인 경우 식 (5)에서부터
1/n = 1/E+1/6
의 관계를 얻게 되고, 그렇다면 n은 3, 4, 5 중에서 그 어떤 값을 가져도 좋다. n=3이면 다시 정삼각형 네 개로 이루어진 정사면체, n=4이면 정사각형 여섯 개로 만들어지는 정육면체, n=5이면 정오각형 열두개로 만들어지는 정십이면체가 된다. - P693
n과r가 이 이외의 정숫값을 가질 수 없다. 즉 정다면체에는 다섯가지밖에 없다. 수학적 사고의 추상성과 아름다움에서 유래한 이 결론이 인간의 실제적 삶에 미친 영향은 참으로 지대하다. - P693
무슨 이유에서인지는 모르겠지만 그들(피타고라스학파)은 면이 정오각형으로 구성된 정십이면체에 관한 지식을 위험한 것으로 간주했다. 그들은 정십이면체를 코스모스의 신비와 연관시켰던 것이다. 나머지 네 종류의 정다면체들을 당시 사람들이 세상을 구성하는 ‘4대 원소‘로 여겼던 흙, 불, 공기, 물과 연관시켰으므로 정십이면체와 연관시킬 수 있는 대상이란 결국 하늘밖에 없었을 것이다. (이렇게 해서 생긴 다섯 번째의 원소라는 개념이 바로 ‘제5원소 quintessenes‘ 라는 단어의 기원이다.) 그리고 정십이면체에 관한 것은 일반인들이 알아서는 안 되는 비밀로 간주했다. - P367
피타고라스학파는 정수整數를 특별히 좋아했다. 그들은 다른 수들은 물론이고, 만물의 근원도 모두 정수라고 보았다. 그런데 이러한 생각과 관련해 아주 곤란한 문제가 하나 발생했다. 정사각형의 한 변에 대한 대각선의 길이의 비를 나타내는 2의 제곱근이 무리수로 판명됐던 것이다. 아무리 큰 정수를 쓰더라도 √2는 두 정수의 비로는 정확하게 표시할 수 없는 숫자다. 이것도 운명의 장난인지, √2가 무리수라는 사실은 다름 아닌 피타고라스의 정리를 통해서 밝혀졌다. - P367
원래 ‘무리수無理數 irrational number‘ 는 두 정수의 비 ratio로 표현될 수 없는 숫자라는 뜻이었다. 그러나 피타고라스학파는 무리수를 모종의 위협적인 요소로 받아들였는데, 이것은 무리수의 존재가 그들 세계관의 불합리성과 오류를 암시했기 때문이었다. 이것이 오늘날 ‘irrational‘이라는 단어가 ‘불합리‘라는 두 번째 뜻을 갖게 된 연유이다. - P367
피타고라스 학파는 이렇게 중요한 수학적 발견들을 외부와 공유하지 않았고, 그의 제곱근과 정십이면체에 관한 사실의 공표를 거부했다. 그들의 관점에서 이러한 발견은 외부 세계가 알아서는 안 되는 것이었다. - P367
피타고라스학파의 히파소스 Hippasos라는 학자는 정십이면체의 비밀을《열두 개의 정오각형을 갖는 구》라는 이름의 책으로 발표했다. 그런데 그 후에 그는 바다에서 난파를 당해 죽게 됐는데, 이것을 두고 그의 동료들은 비밀 누설에 합당한 벌을 받은 것이라고 생각했다고 한다. 애석하게도 그의 책은 전해오지 않는다. - P367
오늘날에도 과학 대중화에 반대하는 과학자들을 종종 만나게 된다. 그들은 과학의 신성한 지식은 소수 집단의 전유물이며, 대중이 함부로 손대어 훼손시키는 일이 없도록 해야 한다고 고집한다. - P368
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