이책의원저자인아이작뉴턴경은인류역사상가장위대한과학자중한사람으로,1642년영국의링컨셔지방울스도프라는마을의자작농집안에서유복자로출생했다.뉴턴은링컨셔지방에서학교교육을받고,1661년에케임브리지대학에입학한뒤1665년에졸업했고,1667년에는케임브리지대학의연구원으로선임되었으며,1669년에는대학시절부터뉴턴의능력을인정한수학교수인아이작배로의후임으로,수학과루카시안교수라는명칭의석좌교수로임명되었다.그뒤뉴턴은1696년까지27년동안케임브리지대학에서교수로재직했다.뉴턴은케임브리지대학을졸업한뒤,런던에흑사병이유행해고향인링컨셔로내려가보낸1665년에서1666년까지2년동안을,‘그두해가내직관의절정기였으며나는그이후의어느때보다더수학과철학에전념했다’고회고했다.그기간에뉴턴은그의대표적저서인[자연철학의수학적원리들(프린키피아)]에포함된대부분의내용을실질적으로완성했지만,그책이출판된것은1687년이었다.
뉴턴은1696년에조폐국장으로임명되어케임브리지에서런던으로옮겼으며,그로부터3년뒤에는다시조폐청장에취임했고1727년에사망할때까지그직을유지했다.또한그는1671년부터영국왕립학회평의원으로활동했는데,1703년에는그학회의회장으로피선된후매년죽을때까지계속재선되었다.그가왕립학회회장으로선출된다음해인1704년에는[프린키피아]와함께그의가장중요한두저서중다른하나인[광학]을출판했고,그다음해인1705년에는케임브리지에서영국의앤여왕에게서기사작위를받았는데,이는영국에서과학자로서사상처음받는영광이었다.
뉴턴이제안한물리학은영국뿐아니라유럽전체에서그의생전에이미인정받기시작했으며,뉴턴은유럽에서가장존경받는자연철학자가되었다.어떤역사가는뉴턴이학자에서정부관료로직업을바꿈으로써과학계가가장중요한인물한사람을잃어버렸다고주장했지만,사실뉴턴자신은대학사회대신에런던의사교계에서유명인사대접을받는것을싫어하지않았다.그는계속면담을신청하는고관대작들과의대화를즐겼고,틈틈이그의두저서?프린키피아?와?광학?의개정판을출판하는일을감독했다.그뿐아니라,뉴턴은영국의화폐제도개혁에도총력을기울이는등,조폐국장과청장의임무도충실히수행했다.또한뉴턴은말년을전례가없는일반대중의칭송을받으며지냈고,그것은그가85세로생을마칠때까지계속되었다.뉴턴은평생결혼하지않고근검절약하며살았는데,1727년그가사망했을때그의장례식은그누구의장례식보다더화려하고장엄하게진행되었다.그의시신은상원의장과두명의공작그리고세명의백작이운구해웨스트민스터사원에안장했고그곳에그의기념비가세워졌다.
케임브리지학생일시절뉴턴은빛의성질에관심을갖게되었다.그리고이탈리아의사제이며물리학자인그리말디가쓴,작은구멍을통과한빛이원뿔을그리며진행한다는빛의회절에대한논문을읽고,프리즘을처음구입하여빛에대한정교한실험을시작했다.당시프랑스의철학자인데카르트는빛이파동이며그리말디가발견한빛의회절이바로빛이파동인증거라고주장했는데,뉴턴은그것을반박하고싶었다.뉴턴은그리말디가관찰한회절은단순히굴절의새로운한측면일뿐이라고생각했다.
당시빛이파동이라는주장을옹호한학자들은,흰색빛이프리즘을통과하면여러색깔의스펙트럼으로바뀌는것은빛이프리즘을통과하면서불순해지기때문이라고설명했다.이것은빛이유리를더많이통과할수록빛은더많이불순해짐을의미했다.그런주장을반박하고자,뉴턴은흰색빛을프리즘에통과시켜여러색깔로나뉜스펙트럼을연이어하나더프리즘을거꾸로세워통과시켰는데,그결과로다시흰색빛이나오는것을관찰했다.이것은프리즘을통과한빛이여러색깔로나뉘는것은절대로유리가빛을불순하게만들기때문이아님을보여주었다.당시모든학자가빛은입자나파동중하나에속하는것이분명하다고믿고있었으므로,뉴턴은빛이파동이라고증명하는데실패한실험을이용하여빛이입자임을증명한것이다.
뉴턴은,일련의정교한실험을거친뒤에,빛이여러색깔의입자로구성되어있고,이들이모두결합하면빛이흰색으로보인다고결론지었다.뉴턴은빛이프리즘에서색깔마다다른굴절각으로굴절한다는것을보였다.그는또한한가지색깔의빛을쪼이면물체는모두똑같은색깔로보인다는것도알았고,한가지색깔의빛은아무리많이반사되고굴절하더라도그색을그대로유지한다는것도알았다.그래서그는색이란물체의성질이아니라물체에서반사되는빛의성질이라고결론지었다.뉴턴은지극히내성적인성격으로평소에는자신의연구결과를발표하는것을꺼렸으나,1671년영국왕립학회평의원이된다음해인1672년에는빛이입자임을주장하는논문을왕립학회에서발표했다.
그러나뉴턴의빛이입자라는주장은많은반박에직면했다.역시왕립학회평의원인후크는그리말디의회절실험을반복하고그실험은빛이입자가아닌파동이어야만설명된다는주장을폈다.후크에동조하는학자가많았고,뉴턴의프리즘실험을반복하려시도한사람들이뉴턴과똑같은결과를얻을수없음을보고하는경우도있었다.그런의구심은뉴턴이프리즘의규격이나재질그리고실험이어떻게진행되었는지등자신이수행한실험세부사항을공개하지않아서더증폭되었다.
뉴턴은후크의반박이있고난뒤,거의30년동안이나,빛의본성에대한논쟁에일절참여하지않았다.그러나1703년그의가장강력한반대자였던후크가사망하고1년이지난뒤,왕립학회회장으로선출된해인1704년에빛에대한이론을가다듬어『광학(Opticks)』이라는제목의책으로출판했다.이책앞부분에뉴턴은그가프리즘실험을어떻게수행했는지자세히설명했다.그래서이책이출판된다음에는다른많은학자가프리즘을이용한빛에대한실험에서뉴턴과똑같은결과를얻는데성공할수있었다.또한뉴턴은호이겐스가파동이론으로설명한빛의간섭과회절을입자이론으로도똑같이잘설명할수있음을보였다.『광학』이출판된후빛에대한뉴턴의이론은좀더광범위하게인정받게되었지만일부학자는여전히확신을못한채로남아있었다.
물리학은자연현상의기본법칙을다루는분야로,그기본법칙이바로F=ma로알려진유명한뉴턴의운동법칙이다.뉴턴의운동법칙은1687년?프린키피아?를통하여사뭇극적으로발표되었다.당시사람들은17세기초에발표된행성의운동에대한케플러의세가지법칙이왜성립하는지몹시궁금해했다.그때는사람들이신(神)이사는천상세계에속한별은모두완전한형태인원을그리며지구주위를회전한다고믿었다.그런데행성이,지구주위가아니라태양주위를,그것도원궤도가아니라타원궤도를,그리며회전한다는케플러법칙이성립하는이유를도저히알수가없었다.
[프린키피아]에서뉴턴은,운동법칙과함께,태양이행성을잡아당긴다는만유인력법칙을제안하고,그법칙에따라계산한힘을F=ma의힘F자리에대입해그식을풀었더니,케플러의행성운동에대한세가지법칙모두가왜성립하는지완벽하게설명할수있었다.그리고곧뉴턴의운동법칙은행성의움직임뿐아니라자연을구성하는모든물체의운동을설명하는자연의기본법칙임이알려졌다.그리하여사람들은자연에대한올바르고궁극적인진리를찾아냈다고믿게되었고,뉴턴의첫번째저서인[프린키피아]는인류역사상가장중요한책으로인정받게되었다.
그러나뉴턴이사망하기직전까지개정을거듭하며아낀그의두번째저서인[광학]의운명은[프린키피아]와는달랐다.뉴턴은1672년에빛이입자라고주장하는논문을발표했는데,그후곧후크를비롯한빛이파동이라고주장하는반대파와격렬하게논쟁하게되었다.뉴턴은그런논쟁에휘말리는것을견디지못하는사람으로,처음논쟁이있은후30년에걸쳐빛의본성에대한논의에전혀개입하지않았다.그러나1703년후크가사망한바로다음해인1704년에,뉴턴은?광학?을출판했다.[광학]에는그가수십년심혈을기울여수행한실험에대한구체적인내용과,실험을통해얻은반사,굴절,회절,색깔과같은빛의성질에대한자세한설명이실려있었다.이책에서뉴턴은빛이입자인증거를제시하고빛이입자라는관점에서빛의여러가지성질을설명했다.
비록후크나호이겐스와같은여러학자가빛이파동이라는주장을계속제기했지만,18세기에는과학자로서뉴턴의권위에힘입어,영국을중심으로빛이입자라는생각이어느정도설득력을발휘했다.그러나1803년에,영국의대학자토머스영이,얇은카드를촘촘히세운틈사이로지나간햇빛이만든간섭무늬를보여주면서,빛은파동임이명백하다고증명한뒤로,빛이입자라는주장은설땅을잃고말았다.그리고그뒤한세기가넘는동안,뉴턴의?광학?에담긴내용대부분이얼마나뛰어났는지는누구도이의를제기하지않았지만,사람들은뉴턴이안타깝게도결코옳다고볼수없는빛의입자설을주장한것이라고믿었다.그래서뉴턴의[프린키피아]는언제나과학도라면누구나한번쯤반드시읽어야할책이라고생각했지만,19세기후반까지도뉴턴의?광학?은과학사학자들만관심을갖는책으로여겨졌다.
그러나아이러니하게도20세기에들어서자마자,[프린키피아]에실린뉴턴의중력이론은아인슈타인의일반상대성이론에의해,사실은틀린이론으로판명이났고,그에반해?광학?에실린빛이입자라는주장은,역시광전효과가어떻게일어나는지설명한아인슈타인에의해,틀리지않았음이판명되었다.아인슈타인은당시알려져있던플랑크의광양자가설을이용해서,빛의에너지가빛의진동수에비례한다고가정하고광전효과문제를해결했는데,이것은빛이파동이아니라입자라고말하는것과같았다.그런데놀랍게도그보다200년전에뉴턴이빛은입자라고주장한근거도바로프리즘에서빛이색깔에따라굴절하는각도가차이가난다는사실에근거했는데,빛의색깔은바로빛의진동수를대표한다.
뉴턴의[프린키피아]는라틴어로마치수학을증명하듯이딱딱하게설명되어있지만,뉴턴의?광학?은평이한영어로친숙하게기술되어있다.뉴턴은?광학?초판을1704년에출판하고서도끊임없이다듬었는데,그래서1717년에개정판이,1721년에제3판이,그리고뉴턴이1727년에사망하기직전까지고친내용을포함한마지막제4판이1730년에발행되었다.그리고200년동안잊혀있다가,1931년에마지막개정판인제4판을미국의BellandSons출판사가다시인쇄했는데,이인쇄본에는아인슈타인의서문이포함되어있다.아인슈타인은그의서문에서,뉴턴의[광학]을읽을시간과여유가있는사람은위대한뉴턴이젊은시절에경험한경이로운사건들을생생하게맛볼수있을것이며,뉴턴에게자연은마치펼쳐놓은책과같아서,그는아무런어려움도없이그책을그러니까자연을,읽을수있었다고썼다.또한아인슈타인은뉴턴이이책에서는마치실험가,이론가,기술자,그리고예술가가모두한몸에들어있는것과같이행동한다면서,뉴턴의[광학]을반드시읽어보라고추천했다.
