프린키피아

“과학의 역사에서 단 한 권의 책을 고르라면 이 책일 수밖에 없다.”

과학 애독자의 성서, 뉴턴의 《프린키피아》 한국어판 출간!

위대한 과학자 아이작 뉴턴의 《프린키피아》는 과학 혁명과 그로부터 이어진 근대 과학의 발전에 압도적인 공헌을 한 책이다. 고전역학의 바탕을 만들고 과학적 탐구 방법을 제시하며 현대 문명의 주춧돌을 세운 《프린키피아》는 말 그대로 인류의 역사를 바꾼 책이라고 할 수 있다. 이 책은 총 3권으로 이루어진 원서를 1권으로 묶고 현대적 디자인으로 제작한 완역본으로, 과학 독자들의 신뢰와 사랑을 받는 이론물리학자 박병철의 정확하고 유려한 번역을 통해 《프린키피아》를 소개한다.

현대 문명을 만들어낸 과학의 고전을 만나다

– 근대 과학의 표준을 제시한 뉴턴의 위대한 아이디어

뉴턴이 활동한 17세기에는 엄밀한 의미에서 ‘과학(science)’이라는 방법론이 존재하지 않았으며, 그 자리를 대신하던 ‘자연철학(Natural Philosophy)’은 추측과 가정만으로 자연의 원리를 탐구하고자 했다. 이런 풍조 속에서 뉴턴은 엄밀한 수학적 방법론을 이용하여 자연계의 운동을 수식으로 완벽히 기술했다. 《프린키피아》는 바로 그 뉴턴역학을 집대성한 저작이다. 《프린키피아》에 실현된 뉴턴의 수학적 방법론은 근대 이후의 과학을 상징하는 하나의 ‘표준’으로서 현대 과학에 거대한 그림자를 드리우고 있다.

《프린키피아》 제1권은 관성계에서 일어날 수 있는 다양한 운동, 제2권은 저항이 있는 공간 또는 매질 속에서 움직이는 물체의 운동을 기술하며, 제3권은 행성과 위성의 움직임을 관찰하고 해석한다. 운동법칙과 중력법칙 등 고전역학의 토대가 되는 법칙을 비롯해 케플러의 행성 운동법칙에 대한 수학적 증명, 천문 관찰을 통한 중력의 역제곱 법칙 증명 등이 모두 《프린키피아》에서 소개된다. 널리 알려졌듯 이 같은 뉴턴역학은 고전물리학의 근간을 이루며 과학 발전에 이바지했다. 또한 중력법칙은 250년 후에 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 낳은 모태가 되었고 양자역학이 등장한 후에도 여전히 고고한 자태를 유지하고 있으니, 뉴턴의 이론은 지나간 과학이 아니라 여전히 우리 곁에서 살아 숨 쉬고 있다.

논리적 역학이란 임의의 힘에서 초래된 운동과 임의의 운동을 야기한 힘을 정확한 명제와 증명으로 표현하는 과학이라 할 수 있다. 고대인들은 이런 역학을 “다섯 가지의 역학적 힘”으로 분류하여 연구했으나, 중력은 인공적인 힘이 아니었기에 다섯 가지 힘으로 무거운 물체를 움직일 때를 제외하고는 별다른 관심을 갖지 않았다. 그러나 지금 우리의 관심사는 인공물이나 인공적 힘이 아니라 자연철학과 자연의 힘이기 때문에, 이 책에서는 중력과 부력, 탄성력, 유체의 저항력과 같은 인력과 척력을 주로 다룰 것이다. 다시 말해서, 이 책은 “자연철학의 수학적 원리(mathematical principles of natural philosophy)”의 출발점이라 할 수 있다. 자연철학의 본분은 자연 현상(운동)으로부터 힘을 발견하고, 그 힘으로부터 다른 현상을 설명하는 것이기 때문이다. 그래서 1권과 2권에서는 일반적인 명제(proposition)를 증명하고, 3권에서는 이 명제를 이용하여 세상의 체계(the system of the world)를 설명하는 식으로 풀어갈 것이다. (중략) 독자들은 부디 이 책을 열린 마음으로, 끈기 있게 읽어주기 바란다. 도중에 오류가 발견되더라도 너무 심하게 꾸짖지 말고, 올바른 답을 찾아서 알려주기 바란다.

- 〈초판 저자 서문〉 중에서(9~11쪽)

실험과 관측에 기초한 자연철학이야말로 자연을 이해하는 최상의 수단이다. 그리고 우리의 탁월한 저자 뉴턴이 바로 이 자연철학의 정수를 세 권의 책에 담아 지혜의 빛을 밝혔다. 그는 인간의 한계를 넘어 가장 어려운 문제를 해결한 최고의 천재이자, 이 분야의 전문가들도 찬양해 마지않는 최고의 자연철학자이다. 이제 우리는 뉴턴이 활짝 열어놓은 문을 자유롭게 통과하여 아름답고 신비로운 자연의 세계를 마음껏 음미할 수 있게 되었다.

- 〈2판 편집자 서문〉 중에서(34~35쪽)

제1법칙: 모든 물체는 외부에서 힘이 작용하지 않는 한, 정지 상태나 등속 직선 운동 상태를 유지하려는 경향이 있다.

제2법칙: 운동 상태가 변하는 정도는 물체에 가해진 힘에 비례하며, 변하는 방향은 힘이 가해진 방향과 같다.

제3법칙: 모든 작용(action, 힘)에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용(reaction)이 수반된다. 다시 말해서, 두 물체 사이에 교환되는 힘은 항상 크기가 같고 방향이 반대이다.

- 〈공리: 운동의 법칙〉 중에서(67~78쪽)

믿고 보는 번역자 박병철의 버킷 리스트, 《프린키피아》 한국어판

– 30년의 준비 기간, 3년의 번역 기간을 거쳐 이룬 한국 과학 출판의 성취

이론물리학자 박병철 박사는 과학 독자들이 가장 신뢰하는 번역자로 유명하다. 《엔드 오브 타임》, 《엘러건트 유니버스》, 《파인만의 물리학 강의》, 《페르마의 마지막 정리》, 《신의 입자》 등 1990년대 말부터 출판계를 뒤흔든 수많은 과학책이 그의 손을 거쳐 출판되었다. 좋은 책을 고르는 안목, 정확하고 유려한 문장력, 번역서 100여 권을 꾸준히 출간한 성실함 등으로 인해 그는 독자들의 깊은 신뢰와 사랑을 받고 있다. 서점가에서 ‘박병철 옮김’은 유익한 과학책, 이해할 수 있는 한국어로 번역된 과학책을 상징하는 하나의 브랜드로 통용될 정도이다.

학창 시절 《프린키피아》를 접한 박병철 박사는 이 책의 번역이 자신의 ‘버킷 리스트’였다고 고백한다. 이후 30여 년이 흘러 경험 많고 능숙한 과학 전문 번역자가 되었지만, 그런 그에게도 여전히 《프린키피아》 번역은 이루 말할 수 없을 정도로 어려웠다. 17세기 수학 표기법은 지금과 많이 달랐고, 천체의 운동을 설명하는 적절한 한글 용어가 없는 경우도 있었다. 무엇보다 큰 문제는 뉴턴의 증명에 생략된 내용이 많다는 점이었다. 이 때문에 3년이 넘는 기간 동안 복잡한 논리와 과감하게 생략된 증명을 파고들어 뉴턴의 자취를 쫓아야 했다. 어렵고 중대한 작업을 결국 마무리해낸 그는 과학 독자들이 《프린키피아》 독서를 통해 자신과 같은 성취감을 느끼길 간절히 바란다고 말한다. 적재적소에서 독서를 이끄는 옮긴이주와 함께 주요 명제와 정리를 차분히 따라가다 보면, 어느새 이 책의 전반적인 내용과 그 속에 담긴 뉴턴의 생각을 조망할 수 있다고 조언한다.

학창 시절, 《프린키피아》를 영문판으로 읽다가 며칠 만에 포기했다. 영어가 버거운 탓도 있지만, 가장 큰 이유는 학교에서 배웠던 고전역학과 너무도 다르기 때문이었다. 맨날 자동차를 타고 매끈하게 포장된 도로만 달리다가 소달구지를 타고 자갈길로 접어들었으니 당연한 결과였다. 그러나 현대 문명의 주춧돌이 된 고전역학의 원형을 소개하는 것은 종교인들이 경전을 번역하는 것만큼이나 의미 있는 일이었기에 《프린키피아》 번역은 나의 버킷리스트에 추가되었고, 강산이 세 번 변한 후에야 간신히 종착역에 도달했다. 복잡한 논리를 수식 없이 말로 써놓은 경우가 태반이고 수학 표기법도 지금과 다른 부분이 많아서 고생을 엄청나게 했지만, 지금 나의 느낌은 ‘보람’이라는 뻔한 말로 표현하기 싫을 정도로 뿌듯하다.

뉴턴 이후 고전역학은 수많은 물리학자의 손을 거치면서 몰라보게 말끔해졌으니, 고전역학을 공부하고 싶다면 《프린키피아》보다는 그들이 집필한 교과서로 공부하는 편이 훨씬 나을 것이다. 그러나 원본의 독창성과 고색창연함에 가치를 부여하는 독자라면 한 번쯤 도전해볼 만하다. 완독을 하지 않아도 상관없다. 경전을 처음부터 끝까지 다 읽어본 사람도 손가락으로 꼽지 않던가?

- 《프린키피아》 옮긴이 박병철의 말

고전을 현대적 감각으로 재해석한 아주 특별한 디자인

– 《프린키피아》의 가치에 꼭 맞는 초판본 디자인

이번에 출간하는 《프린키피아》는 총 3권으로 이루어진 원서를 한 권의 책으로 묶어 뉴턴의 이론을 완전하게 소개한다. 총 960쪽에 이르는 ‘벽돌책’을 견고한 사철 제본으로 제작하여 오래 곁에 두고 읽을 수 있도록 했다. 물리학자 김상욱 교수의 말대로 《프린키피아》는 애서가들의 소장 욕구를 불러일으키며 “인류 최고의 천재가 쓴 최고의 책을 소장하는 기쁨”을 준다. 이에 더해 원서의 초판본을 활용한 독특한 디자인은 《프린키피아》의 독자들에게 또 다른 소장 가치를 선사할 것이다.

역자 인터뷰

– “우주가 재부팅되지 않는 한, 뉴턴의 물리학은 영원할 것이다.”

(1) 1990년대 말부터 출판계를 휩쓴 주요 과학 도서에 선생님의 이름이 가장 많이 등장했던 것 같습니다. 박병철 옮김은 ‘지금 읽어야 할 과학책’에 다름 아니었는데요. 그래서 선생님의 《프린키피아》 번역이 남다르게 다가옵니다. 번역자로서 과학자로서 《프린키피아》 번역은 어떤 의미인가요?

《프린키피아》는 저에게 ‘꼭 한번 읽어보고 싶은 책’이 아니라 ‘반드시 이해하고 싶은 책’이었습니다. 학창 시절에 이 책을 처음 접했을 때는 300년 전의 구식 영어와(《프린키피아》의 영어 번역본은 1700년대 초에 출간되었습니다) 뉴턴의 명성에 압도되어 1쿼터를 넘기지 못하고 포기했지만, 학교를 졸업한 후에도 뇌리 한구석에 항상 남아 있었습니다. 기타를 좋아하는 사람이 파가니니의 카프리스(Caprice) 24개를 마스터하고 싶은 마음이랄까요?

주어진 콘텐츠를 가장 깊이 이해하는 방법은 ‘그것을 남에게 가르치는 것’이라고 합니다. 책도 이와 비슷해서, 원서의 내용을 가장 잘 이해하는 방법은 그 책을 번역하는 것이라고 생각했습니다. 그런데 《프린키피아》는 수학 논리로 가득 차 있어서 에세이형 문장에 익숙한 번역가에게는 어울리지 않고, 물리학자도 연구와 강의 일정에 쫓겨 시간을 내기가 쉽지 않습니다. 그러므로 이 책을 번역하기에 가장 적절한 사람은 ‘번역 경험이 있는 은퇴한 물리학자’일 겁니다. 바로 저 같은 사람이지요. 저에게 《프린키피아》 번역은 반드시 해야 할 일이었고, 인생 버킷리스트의 top 3 중 하나였습니다.

(2) 역자 후기에 《프린키피아》를 《성서》에 비유하신 점이 인상 깊었습니다. 말씀대로 이 책은 ‘과학계의 성서’라고 할 수 있을 텐데요. 《프린키피아》의 가치는 무엇인지, 《프린키피아》가 과학과 인간의 역사에 끼친 영향은 무엇인지요?

중세 이후에 등장한 현대문명의 절반은 《프린키피아》로부터 태어났다고 해도 과언이 아닐 겁니다. 뉴턴의 메시지는 다음 두 가지로 요약됩니다. ‘자연의 법칙은 우주 전역에 똑같이 적용된다’는 것과 ‘그 법칙은 수학으로 표현된다’는 것이지요. 이것은 물리학뿐만 아니라 화학, 지구과학, 천문학, 그리고 공학에 이르기까지 과학 전반에 걸쳐 탐구 방법과 한계를 명확하게 제시해주었습니다. 우주로켓을 발사하는 NASA와 한국항공우주연구원에 필요한 지식은 양자역학도 상대성이론도 아닌 뉴턴역학입니다. 미시세계가 제아무리 신비하고 직관에서 벗어나 있다 해도, 원자와 분자가 모여서 만들어진 거시세계는 뉴턴의 법칙을 정확하게 따르고 있기 때문입니다. 우리의 우주가 재부팅을 해서 새로 태어나지 않는 한, 뉴턴의 물리학은 지금의 위상을 영원히 유지할 것입니다.

(3) 꼬박 3년이 넘는 기간 동안 번역에 매진하실 만큼 이번 작업은 쉽지 않았는데요. 번역 과정에서 어떤 어려움이 있었는지 궁금합니다.

산문 형태로 흩어진 문장을 수학적 분위기가 나도록 주워 담느라 엄청 고생했습니다. 현대식 수학 표기법을 사용하면 한두 줄로 끝날 것을 일상적인 언어로 다소 장황하게 풀어놓아서, 수학적 분위기를 살리기 위해 주제넘은 기교를 많이 부렸지요. 물론 원문을 뜯어고치거나 무리하게 축약하진 않았습니다. 또한 17세기 수학 표기법이 지금과 다른 것도 문제였고, 별과 행성의 운동을 설명하는 부분에서는 한글에 적절한 용어가 없어서 제가 임기응변으로 만든 것도 있습니다.

그러나 뭐니 뭐니 해도 가장 황당한 것은 초집중 상태로 명제 하나를 번역하여 ‘Q.E.D.(증명 끝)’에 도달했는데, 뭐가 증명되었다는 건지 갈피를 잡을 수 없을 때였습니다. 문장을 아무리 들여다봐도 번역에는 누락된 부분이 없는데, 제 눈에는 전혀 증명처럼 보이지 않았으니까요. 이럴 때는 번역을 멈추고 스스로 납득이 될 때까지 생략된 과정을 추적해야 하는데, 이것 때문에 번역 일정이 많이 늦어졌습니다.

(4) 반대로 번역 과정에서 가장 기억에 남는 순간, 가장 큰 성취감을 느꼈던 순간을 소개해주실 수 있을까요?

뜬금없어 보이는 증명에서 생략된 중간 과정을 복구했을 때 가장 큰 성취감을 느꼈습니다. 이럴 때마다 무릎을 치면서 회심의 미소를 짓곤 했지요. 하지만 중간 과정을 일일이 옮긴이주로 달았다간 책의 분량이 두 배 이상 길어질 것 같아서 그만두었습니다.

이런 일로 성취감을 느낌 건 사실이지만, 사실 속으로는 뉴턴에게 원망을 늘어놓고 있었습니다. 훨씬 쉽고 친절하게 쓸 수 있었을 텐데 일부러 어렵게 써놓았다는 느낌을 강하게 받았기 때문입니다. 《프린키피아》가 처음 출간되었을 때 이 책을 읽었던 케임브리지 교수와 학생들도 저와 비슷한 심정이었을 겁니다. 버나드 코헨(Bernard Cohen)의 영문 번역판은 역자의 해제가 앞부분에 실려있는데, 본문을 포함한 전체 분량의 40%나 됩니다. 하지만 저의 목적은 원본을 충실하게 소개하는 것이었기에, 간단한 설명만 옮긴이주에 달아 놓았습니다. 저와 비슷한 성취감을 독자들도 느낄 수 있어야 하니까요.

(5) 3년 동안 뉴턴의 문장, 수식과 씨름하며 그의 생각을 샅샅이 살피셨습니다. 《프린키피아》 번역자가 바라본 뉴턴은 어떤 사람인가요?

책의 역자 후기에도 적어놓았지만, 뉴턴은 위대한 물리학자이기 전에 “혀를 내두를 정도로 복잡하고 치밀한 수학적 논리를 아무렇지 않게 구사하는 괴물 중의 괴물”입니다. 제가 가장 좋아하고 존경하는 물리학자는 예나 지금이나 항상 뉴턴이었는데, 《프린키피아》를 번역하면서 조금 징그러워졌습니다. 그가 가까운 친구도, 아내도 없이 평생을 혼자 살다 간 것이 당연하게 느껴질 정도입니다. 사람들은 흔히 “실수를 두려워하지 말라”고 하는데, 사고(思考)가 신중하고 치밀한 천재는 실수를 거의 하지 않습니다. 좀 더 정확하게 말해서 진정한 천재는 미래를 정확하게 내다보고, 후회할 짓을 하지 않지요. 제 생각에는 뉴턴이 바로 그런 사람이었던 것 같습니다. 자신의 성향과 능력, 그리고 한계를 정확하게 파악하고 거기서 벗어난 영역에는 아예 발을 들이지 않은 것이지요. 그리고 또 한 가지, 천재는 자신의 전공이 아닌 분야에서 한없이 무기력해지지만, 천재 중의 천재는 그렇지 않습니다. 물리학뿐만 아니라 신학과 연금술, 그리고 정계(국회, 조폐국)에서 다양한 업적을 남긴 뉴턴이 이 사실을 입증하고 있습니다.

(6) 《프린키피아》는 정말 중요한 책이지만, 연구자가 아닌 일반 독자가 읽기는 무척 어려운데요. 일반 독자는 이 책을 어떻게 활용할 수 있을까요?

다들 잘 알고 계시겠지만, 《프린키피아》는 일반 독자를 위한 교양서가 아닙니다. 출간된 당시에는 물리학자들에게도 최고로 어려운 책이었습니다. 그러나 350년이 흐른 지금은 전문 지식이 널리 보편화되어 이런 어마무시한 책을 교양서로 출간하는 수준까지 도달했습니다. 과학을 사랑하는 독자에게 《프린키피아》는 분명히 소장 가치가 있지만, 장식용으로 꽂아두기에는 너무나 아까운 책입니다.

가장 적은 노력으로 최대의 효과를 얻고 싶은 독자에게는 ‘징검다리식 독서’를 권하고 싶습니다. 중간 과정을 일일이 따라가려 애쓰지 말고, 각 명제/정리의 결과만을 숙지하면서 다음 단계로 넘어가는 것이지요. 각 명제의 결과만을 순서대로 나열해놓고 보면 뉴턴이 지금 무슨 주장을 하고 싶은 건지, 그리고 어떤 결론을 향해 나아가고 있는지 한눈에 조망할 수 있을 겁니다. 정 궁금한 명제가 있다면 나중에 따로 시간을 내서 하나씩 각개 격파하면 됩니다. 참고로 명제의 난이도는 천차만별이어서 바로 이해가 가능한 것도 있고 몇 시간이 걸리는 것도 있으며, 가끔은 며칠 또는 몇 주가 걸리는 것도 있습니다. 독자 여러분의 행운을 빕니다! 

지은이 : 아이작 뉴턴

영국의 물리학자, 수학자, 천문학자. 인류 역사상 가장 위대한 과학자라 불린다. 1642년 12월 25일에 영국 링컨셔주 울즈소프에서 태어났다. 1661년 케임브리지대학교 트리니티 칼리지에 입학하여 아이작 배로(Isaac Barrow) 교수의 지도하에 공부했으며, 1669년에 지도교수의 뒤를 이어 루커스 석좌교수가 되었다.

1680~1681년, 런던 하늘에 혜성이 나타났을 때 에드먼드 핼리(Edmond Halley)가 혜성의 궤적에 대해 뉴턴에게 자문을 구하자 잠시의 망설임도 없이 타원이라고 단언했다. 중력의 법칙을 이용하여 이미 답을 구했으나 근 20년 동안 입을 닫고 있었던 것이다. 핼리는 뉴턴의 연구 결과를 책으로 출판할 것을 강력하게 권했고, 그 덕분에 탄생한 책이 바로 《자연철학의 수학적 원리(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)》, 즉 《프린키피아》이다. 물체의 운동법칙과 중력, 유체역학, 태양계의 운동, 조석 현상 등의 원리를 정교한 수학적 논리로 설명한 이 책은 고전역학을 대표하는 최고의 명저로 꼽힌다.

정치에 관심을 돌린 뉴턴은 트리니티 칼리지 대표 국회의원 및 조폐국 장관을 역임했고, 1703년 훅이 세상을 떠나자 그의 뒤를 이어 왕립협회 회장으로 취임하며 물리학계로 돌아왔다. 이후 뉴턴은 가족도 취미도 없이 평생 독신으로 연구에만 몰두하다가 1727년 3월 31일에 세상을 떠났다. 

옮긴이 : 박병철

연세대학교 물리학과를 졸업하고 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학 박사 학위를 받았습니다. 30년 가까이 대학에서 학생들을 가르쳤으며 지금은 집필과 번역에 전념하고 있습니다. 어린이 과학동화 《별이 된 라이카》, 《생쥐들의 뉴턴 사수 작전》, 《외계인 에어로, 비행기를 만들다!》를 썼습니다. 2005년 제46회 한국출판문화상, 2016년 제34회 한국과학기술도서상 번역상을 수상했으며, 옮긴 책으로는 《프린키피아》, 《페르마의 마지막 정리》, 《파인만의 물리학 강의》, 《평행우주》, 《신의 입자》, 《슈뢰딩거의 고양이를 찾아서》 등 100여 권이 있습니다. 

초판 저자 서문

2판 저자 서문

2판 편집자 서문

3판 저자 서문

정의

공리: 운동의 법칙

제1권 물체의 운동

1장 처음과 나중의 비율을 이용하여 정리 증명하기

2장 구심력

3장 원뿔 곡선을 그리는 물체

4장 주어진 초점에 대응되는 타원, 포물선, 쌍곡선 궤도 계산하기

5장 초점이 주어지지 않은 경우 물체의 궤적 찾기

6장 주어진 궤적을 따라가는 물체의 운동

7장 직선 궤적을 그리는 물체

8장 구심력이 작용할 때 물체가 그리는 궤적

9장 움직이는 궤도를 그리는 물체의 운동 및 근일점과 원일점의 이동

10장 주어진 면에서 움직이는 물체와 단진자 운동

11장 서로 잡아당기는 물체의 운동

12장 구형 물체가 행사하는 인력

13장 비구형 물체가 행사하는 인력

14장 큰 물체의 각 부위가 발휘하는 구심력에 의한 작은 물체의 운동

제2권 물체의 운동

1장 속도에 비례하여 저항력을 받는 물체의 운동

2장 속도의 제곱에 비례하여 저항력을 받는 물체의 운동

3장 속도에 비례하는 저항력과 속도의 제곱에 비례하는 저항력을 동시에 받는 물체의 운동

4장 저항이 있는 매질 속에서 일어나는 원운동

5장 유체정역학: 유체의 밀도와 압축

6장 저항력을 받는 단진자의 운동

7장 유체의 운동 및 유체 속에서 움직이는 포사체의 저항

8장 유체를 통해 전달되는 운동

9장 유체의 회전 운동

제3권 태양계의 구조

1장 자연철학에서 논리를 전개할 때 지켜야 할 규칙들

2장 자연 현상

3장 명제

4장 일반적 설명

역자 후기

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