300년 묵은 논쟁… ‘공간’이란 무엇일까?

영어 ‘스페이스’(space)는 공간을 뜻하기도 하지만 우주를 뜻하기도 한다. 우리는 공간과 시간 속에서 살아가고 있지만 정작 공간이 실재인지 관념인지 확실히 규정하지 못하고 있다. 이른바 ‘공간론’은 철학의 오랜 난제로 300년 전에 논쟁이 시작된 후 오늘날까지 이어지고 있다.

26일(현지시간) 스페이스닷컴에 소개된 재미있는 공간론 논쟁 이야기를 소개한다. 필자인 에밀리 토머스는 영국 더럼대학 철학과 조교수다.

여왕이 불붙인 공간론

산, 고래, 먼 별들. 이 모든 것들이 공간(space) 안에 존재한다. 우리 몸도 공간 안에서 일정한 부피를 가진 존재다. 우리가 출근할 때 공간 속에서 움직인다. 그런데 대체 이 ‘공간’이란 무엇일까? 공간은 과연 물리적인 실재인가? 1717년, 이 공간 문제를 두고 논쟁이 벌어졌다. 그리고 300년 후 그 논쟁은 다시 불붙었다.

사람들은 물리학자들이 공간 문제를 ‘해결’했다고 생각할지도 모른다. 헤르만 민코프스키 같은 수학자나, 알베르트 아인슈타인 같은 물리학자들이 ‘공간은 통일된 연속체’라는 개념을 제시했으며, 거대한 물체나 원자 같은 극미의 물체가 공간 속에서 어떻게 움직이는가를 밝혀냈다.

그런데도 우리는 아직까지 공간이 무엇인가 하는 문제를 확실히 해결하지 못하고 있다. 만약 우주의 물질이 모조리 사라진다면 그래도 공간은 여전히 존재할까?

21세기 물리학은 공간에 대한 두 가지 설명을 내놓았는데, 그 둘은 아주 다른 성격으로, 이른바 관계주의(relationism)와 절대주의(absolutism)다. 이 두 견해는 독일 출신의 영국 여왕 캐롤라인 폰 안스바흐(1683~1737)에 의해 널리 알려졌다. 여왕은 당시 철학적인 조류에 깊은 관심을 가지고 있었다.

캐롤라인은 그 자신이 명민한 철학자로서, 18세기 초 지도적인 철학자들을 논쟁의 장으로 끌어들였다. 당시 대륙에서는 관계주의가 철학계의 주류로 자리잡고 있는 데 반해 영국에서는 과학적인 관측에 기초한 경험주의(empiricism)가 싹트고 있었다. 따라서 로버트 보일이나 아이작 뉴턴 같은 과학자들의 주가가 한창 치솟고 있었다.

캐롤라인은 두 철학자에게 서신 교환을 제의했는데, 관계주의의 대표주자 독일의 고트프리트 라이프니츠와 영국 철학자로 뉴턴의 친구인 새뮤얼 클라크가 그들이다. 두 사람은 여왕의 제의에 흔쾌히 응했다. 그들이 교환한 서간들은 ‘'논문집’(A Collection of Papers)이라는 제목으로 출간되었다. 책명이 좀 그렇긴 하지만, 거기에 실린 편지들은 가히 혁명적이었다. 그중에서도 가장 중심적인 이슈는 공간의 성질에 관한 것이었다.

전부인가, 전무인가?

별과 별 사이에 공간이 있는가? 관계론자인 라이프니츠는 공간은 사물들의 위치를 결정해주는 관계 또는 위치 질서라고 주장한다. ‘호주는 싱가포르의 남쪽이다’, ‘저 나무는 숲에서 3m 왼쪽에 있다’, ‘숀 스파이스는 덤불 뒤에 있다’라는 표현에서 보듯 공간이란 그 안에 담긴 사물 없이 독립적으로는 존재하지 않는다는 뜻이다. 라이프니츠에 있어서 사물이 전혀 없다면 어떤 공간 관계도 존재하지 않는 게 된다. 이는 곧, 만약 우주 안에 모든 물질들이 사라진다면 공간 역시 존재하지 않게 된다는 뜻이다.

이와는 반대로 절대론자인 클라크는 공간은 모든 곳에 존재하는 일종의 본질적인 것으로 본다. 공간은 거대한 그릇으로서 별과 행성, 인간 등 우주 삼라만상을 담고 있는 존재다. 공간은 물체가 한 곳에서 다른 곳으로 움직이는 것을 알게 해주며, 우주의 만물들이 어떻게 공간을 통해 움직이는가를 알려준다. 나아가 클라크는 공간은 신적인 존재로, 신이 공간으로서 현현하고 있다고 믿는다. 곧, 공간은 하나님이다. 클라크에 있어서는 만약 우주가 파괴된다 하더라도 공간은 뒤에 남겨질 것이다. 신이 삭제할 수 있는 대상이 아니듯이 공간 역시 삭제할 수 없기 때문이다.

라이프니츠-클라크 서간은 18세기 초 사상계에 크나큰 반향을 불러일으켰다. 일찍이 이 논쟁에 참여했던 뉴턴 같은 자연철학자들은 이 문제에 더 깊이 천착해 들어갔다. 뉴턴은 주장하기를, 공간은 사물들의 위치 관계를 결정하는 그 이상의 무엇이라고 보았다. 공간은 절대적인 실재로서 만물은 공간과의 관계 속에서 운동한다고 생각했는데, 이것이 ‘상대적 운동과 절대적 운동’을 구분짓는 단계로 나아가게 된다. 뉴턴 역학은 이 절대공간과 절대시간을 전제로 성립된 것이다. 지구는 다른 천체, 곧 태양과의 관계 속에서 운동한다. 태양은 공간에 대해서 절대적으로 움직인다.

이 논쟁에 다른 철학자들도 끼어들었다. 임마누엘 칸트도 그중 한 사람이었다. 칸트의 공간론은 이들과는 달리 공간은 실재가 아니라 우리가 세계를 인식하는 선험적인 직관 형식이라고 믿었다. ​

공간은 하나님이다?

세상 사람들은 클라크의 주장 중 ‘공간은 하나님’이란 말에 특히 예민한 반응을 보였다. 그렇다면 우리는 늘 하나님 속에서 움직이고 있다는 뜻인가? 하나님은 단지 모든 것을 보는 것이 아니라 모든 곳에 존재한다는 건가? 그러다 보니 사람들은 커다란 물체에 대해 곤혹을 느꼈다. 거대한 고래는 성인보다 더 큰 공간을 차지한다. 그렇다면 고래가 성인보다 더 성스럽다는 뜻인가? 거대한 산은 신과 같은 존재인가?

20세기 철학자인 버트런드 러셀은 한때 거대 물체에 대한 숭배를 멈추어야 한다고 주장했다. “아이작 뉴턴 경은 하마보다 엄청 작다. 하지만 우리는 뉴턴 경을 큰 하마보다 높이 평가한다.”

하지만 어떤 18세기 철학자들은 이에 동의하지 않았다. 그들은 뉴턴보다 하마를 더 숭배해야 하지 않나 생각했다.

오늘날 하나님의 개념은 토론에서 다루어지지 않는다. 그러나 팀 모들린이나 그레이엄 네를리히 같은 철학자들은 현대 물리학 이론이 클라크의 견해(신적인 요소는 제외하고)를 지지하고 있는 것으로 생각한다. 시공간은 하나의 거대한 그릇이며, 우리는 그 속에서 움직이고 있다고 믿는다.

이와는 달리 케네스 맨더스나 줄리언 바버 같은 철학자들은 최선의 물리학은 공간에 대한 기존의 두 견해를 다 수용한다고 보며, 라이프니츠의 관계주의 공간론 역시 믿을 만한 타당성이 있다고 생각한다. 만약 현대 물리학이 관계주의와 절대주의를 양립할 수 있다면 우리는 보다 단순한 개념인 관계주의를 선호하게 되지 않을까? 그래야만 절대주의에서 말하는 삼라만상을 담는 거대한 그릇이 더 이상 필요치 않게 되니까.

시간과 공간의 역사학자로서 나는 300년 전에 불붙은 공간론이 현대에 이르러 어떻게 발전해나가는가에 대해 큰 흥미를 느끼고 있다. 라이프니츠-클라크의 논쟁이 비록 일반에 널리 알려지지는 않았지만, 둘의 논쟁은 아직도 끝을 보지 못한 채 오늘날까지 이어지고 있다. 캐롤라인 여왕이 답해야 할 것들이 많다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com