공기 실험, 그리고 '데모크리토스'의 원자

 

최초로 공기 실험을 감행한 '엠페도클레스'

공기에 대한 실험을 최초로 했다고 기록에 나오는 인물은 기원전 450년경에 활약했던 엠페도클레스라는 이름의 의사입니다. 그가 자신을 신이라고 주장했다는 기록이 남아 있는데, 이것은 그가 지나치게 영리했기 때문에 주위 사람들이 그를 신으로 여겼다는 이야기 일거라고 합니다. 엠페도클레스는 빛이 매우 빠른 속도로 이동하지만 그렇다고 무한히 빠른 것은 아니라고 믿었습니다. 그리고 예전에 지구 상에는 지금보다 훨씬 더 많은 종류의 생물들이 살았다고 가르쳤습니다. 그리고 그중 많은 생물들이 "자손을 보지 못해 멸종했음에 틀림이 없다. 왜냐하면 현존하는 모든 종들을 보면, 그들 나름의 제주, 또는 특별한 용기, 아니면 민첩한 등의 특성을 가지고 태어난다. 이렇지 못한 종은 자신들의 생존을 보장할 수 없었을 것이다."라고도 이야기했습니다. 유기 생물이 자신이 처한 환경에 훌륭히 적응하는 모습을 설명하려는 이와 같은 시도를 놓고 볼 때, 엠페도클레스는 아낙시만드로스와 데모크리토스와 같이 '자연선택에 따른 진화'라는 다윈의 위대한 생각의 일면을 분명히 다윈보다 앞서 구상할 수 있었던 인물이라고 할 수 있습니다.

엠페도클레스가 사용한 실험 기구는 사람들이 일상에서 수세기 동안 사용해 오던 가재도구였습니다. 예를 들면 물시계 또는 물 도둑이라는 기구를 이요한 실험을 통해 중요한 결론에 이르렀는데요, 물 도둑은 끝이 열려 있는 가늘고 긴 대롱이 놋쇠 공 위에 붙어 있고, 놋쇠 공 밑에는 작은 구멍들이 여러 개 뚫려 있는 물건으로서 일반 가정의 부엌에서 국자 대용으로 쓰이던 것이었습니다.. 물 도둑을 물속에 담가 놋쇠 공안에 물을 가득 채운 다음, 대롱 끝을 연 채로 물에서 꺼내면 밑에 뚫려 있는 구멍을 통해 물이 가는 빗줄기처럼 쏟아져 나옵니다. 그러나 대롱의 끝을 엄지손가락으로 제대로 막은 다음 꺼내면 손가락을 떼지 않는 한 무은 놋쇠 공 안에서 흘러나오지 않습니다. 또 엄지손가락으로 대롱 끝을 막은 채로 놋쇠 공을 물속에 담가 보면 물은 놋쇠 공 안에 채워지지 않습니다. 무언가가 물이 놋쇠 공 안으로 들어가지 못하게 막고 있는 것입니다. 그렇지만 그 무언가는 보이지 않습니다.

그렇다면 그것이 도대체 무엇이란 말인 걸까요? 엠페도클레스는 그것이 공기일 수박에 없다고 설명했습니다. 그는 우리가 볼 수 없는 그 무엇인가가 압력을 미칠 수 있다고 생각했습니다. 잘못 생각하여 대롱 끝을 엄지손가락으로 막은 채 물 도둑을 물에 넣는다면, 그 안에 들어 있던 공기가 물이 용기 안으로 들어가지 못하게 막을 것입니다 이렇게 해서 엠페도클레스는 눈에 보이지 않지만 존재하는 것을 발견할 수 있었던 것입니다. 그는 공기가 너무 작게 나뉘어 있어서 하나의 형태로 보이지 않을 뿐이지 공기도 물질임에 틀림이 없다고 생각했습니다. 

지금까지 전해지는 이야기에 따르면, 엠페도클레스는 정신이상으로 미쳐서 스스로 신이라 여긴 나머지, 에트나 대화산의 칼데라 꼭대기에서 뛰어내려 용암에 빠져 죽었다고 합니다. 너무나도 많은 연구와 실험 관측으로 인해 본인의 삶을 잃어버린 엠페도클레스의 삶이 참으로 안타깝습니다. 

데모크리토스의 '원자'

원자의 존재에 대한 단서가 데모크리토스에 와서 구체화되기 시작했습니다. 데모크리토스는 북부 그리스, 이오니아의 식민지인 아브데라의 출신입니다. 당시 아브데라라는 도시는 그리스 인들의 웃음거리였다고 합니다. 아브데라는 오늘날로 치면 뉴욕의 슬럼가인 브루클린과 같은 곳이었습니다. 데모크리스토스에게 있어 삶은 세강을 즐기고 온 세상을 이해하는 것이었습니다. 그에게 이해는 곧 즐거움이었습니다. 그는 "축제 없는 인생은 여관이 없는 긴 여정과 같다."라고 이야기한 적이 있는데요, 그는 수많은 세계들이 우주에 두루 퍼져 있는 물질에서 동시다발적으로 태어나 진화를 거쳐 결국 쇠퇴하게 된다고 믿었습니다. 운석 충돌 때문에 생긴 구덩이의 존재를 아무도 모르던 당시에, 데모크리토스는 이렇게 태어난 세계들이 이따금씩 서로 충돌할 것이라고 예상했습니다. 우주의 어둠 속을 홀로 헤매는 세계들이 있는가 하면, 여러 개의 태양이나 달을 동반한 세계들도 있다고 상상했습니다. 우주에는 동물도 식물도, 심지어 물조차 없는 세계들이 있을 것이고. 또한 생명의 서식이 가능한 다른 세계도 있다고 믿었습니다. 

그는 가장 간단한 형태의 생물이 원시 습지의 개흙에서 발생했다고 주장했는데, 우리가 무엇을 지각하는 것도 순전히 물리적이고 기계적인 과정을 거쳐서 이루어진다고 가르쳤습니다. 예를 들어 내 손에 펜이 쥐어 있다고 인식하게 되는 것은 손에 주어지는 물리적이고 기계적인 자극 때문이라는 것입니다. 또 생각과 감각은 물질이 아주 세밀하고 복잡한 방식으로 모아졌을 때 나타나는 물질의 속성일 뿐, 신이 물질에 불어넣은 영혼의 속성은 아니라고 이야기했습니다. 

데모크리토스가 만들어 낸 '원자'라는 단어는 그리스 어로 자를 수 없다 라는 뜻입니다.  원자는 궁극의 입자로서 원자를 더 작은 조각으로 쪼개려는 시도는 결코 이루어질 수 없다 라는 뜻이 이 한 단어에 담겨 있습니다. 그는 물체는 복잡하게 얽힌 원자의 집합이라고 생각했습니다. 심지어 우리 자신도 그렇다는 것입니다. 데모크리토스는 원자와 빈 공간을 제외하면 아무것도 없다 라고도 주장했습니다. 

그의 논지에 따르면 칼로 사과를 자를 때 칼날은 원자들 사이의 빈 공간을 통과하는데 사과에 칼날이 통화할 빈 공간이 없다면 칼은 더 쪼개질 수 없는 원자를 만나게 되므로 결국 사과는 잘라질 수 없게 될 것이라고 합니다.