아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도

피터 갤리슨 지음 | 김재영 , 이희은 옮김

동아시아 2017년 07월 12일 출간 종이책 : 2017년 07월 05일 출간

작품소개

책소개

시간과 지도는 어떻게 전 세계적으로 통일되었을까?

『아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도』는 19세기 말에서 20세기 초 푸앵카레와 아인슈타인이 시간 동기화와 상대성이론을 밝히면서 전 세계적으로 본초자오선과 경도를 정하고 시간과 지도가 통일되어가는 과정을 소개한다. 시계 동기화가 기술-철학-물리학의 교차점에 놓여 있던 20세기 초에 빛 동기화와 상대성이론을 발견한 푸앵카레와 아인슈타인은 좌표화 된 시간의 증인이고 대변인이며, 경쟁자이자 협력자였다. 저자는 20세기 초 아인슈타인과 푸앵카레가 속했던 사회는 물론 이들의 세세한 일상생활까지 꼼꼼하게 살펴보면서 그 어디에도 기준점이 없는 지구는 어떻게 현재의 경도와 위도 좌표를 갖게 된 것인지 자세하게 보여준다.

목차

한국어판 서문
감사의 글

1장 시간의 동기화
아인슈타인의 시간
임계점의 유백색
논증의 순서

2장 석탄, 혼돈, 규약
석탄
혼돈
규약

3장 전기적 세계지도
공간과 시간의 표준
시간, 철도, 전신
시간 마케팅
측량 학회
공간으로 들어간 시간
중립을 둘러싼 싸움

4장 푸앵카레의 지도
시간, 이성, 민족
시간의 십진화
시간과 지도에 관하여
키토 원정
에테르의 시간
세 분야의 결합

5장 아인슈타인의 시계
시간의 물질화
이론 기계
특허의 진실
시계 먼저
라디오 에펠

6장 시간의 장소
역학 없이
두 모더니즘
올려다보기와 내려다보기

주
옮긴이의 글
참고문헌
도판 및 표 저작권
찾아보기

책 속으로

시간의 전선은 저절로 놓인 것이 아니었다. 그 전선은 국가적인 야망, 전쟁, 산업, 과학, 정복과 함께 왔다. 국가들 사이에 길이와 시간과 전기적인 측정의 규약을 좌표화하려는 징조가 눈에 띄게 감지되었다. 19세기와 20세기에 시계를 맞추는 것은 단순히 신호를 교환하는 절차의 문제가 아니었다. 푸앵카레는 세계 전기 시간 네트워크의 행정관이었고, 아인슈타인은 새로운 전기기술을 위한 스위스 중앙 정보센터의 전문가였다. 푸앵카레와 아인슈타인 모두 움직이는 물체의 전기동역학에 집중했고 공간과 시간에 대한 철학적 생각에 사로잡혔다. 세계를 뒤덮었던 이러한 동기화를 이해함으로써, 근대물리학의 근대적인 요소는 과연 무엇인지, 그리고 아인슈타인과 푸앵카레가 각자 어떻게 근대성의 교차점에 서 있었는지를 이해할 수 있게 될 것이다. / 1장 시간의 동기화(49쪽)

1860년대와 1870년대에 좌표화된 시간은 도시와 철도 시스템에 더 깊숙이 파고들었다. 동기화된 시계는 언론의 환대를 받고 길거리에 등장하고 천문대와 실험실에서 연구 대상이 되면서 이제 더 이상 이색적인 과학이 아니었다. 동기화된 시계는 기차역과 동네와 교회로 거미줄처럼 뻗어나가, 과거에 전력과 하수시설과 가스가 그러했듯이 대중의 일상생활에 스며들어 근대의 도시적인 삶을 순환하는 물과 같은 존재가 되었다. 다른 공공서비스 부문과는 달리, 시간 동기화는 직접적으로 과학자들에게 달려 있었다. 1870년대 말, 하버드대학 천문대는 시간을 송신할 수 있는 유일한 곳이었고, 비록 몇 년 동안이기는 했지만 세계에서 가장 큰 규모로 이루어지는 시계 서비스 중 하나였다. 발전은 피츠버그와 신시내티와 그리니치와 파리와 베를린에서 각기 다른 양상으로 이루어졌다. / 3장 전기적 세계지도(139-140쪽)

지도 제작은 공간을 상징적이고 실질적으로 정복하는 방식이었다. 19세기 중반의 영토 약탈 대경쟁에서, 위치를 결정하는 것은 무역, 군사적 정복, 철도 건설에 결정적인 요소였다. 미국이 남북전쟁에 돌입했을 때, 해안측량조사청은 전략적으로 중요한 자산이 되었다. / 3장 전기적 세계지도(171쪽)

1897년 경도국의 사업 중에 십진법 시간의 확립이 있었다면, 이보다 더 절박한 계획은 경도국의 빛나는 역사상 가장 어렵다고 할 만한 일인 시간이 동기화된 지도를 제작하는 일이었다. 이미 1885년에 해군성은 경도국에 “우리의 식민지”인 세네갈의 다카르와 생루이의 정확한 위치를 결정하라는 임무를 부여했다. 세네갈에 대한 내용을 찾아볼 수 있는 곳은 그 제작에만 몇 년이 걸린 1897년판 경도국 출판물뿐이었고, 이 책은 푸앵카레가 「시간의 척도」를 집필하고 경도국의 국장이 되기 직전 그의 손에 들어왔다. / 4장 푸앵카레의 지도(227-229쪽)

1905년 6월 아인슈타인과 푸앵카레의 격차는 더할 나위 없이 컸다. 51세의 푸앵카레는 파리에 있는 학술원 정회원이었고 권력의 정점에 있었다. 그는 프랑스에서 가장 뛰어난 기관의 교수로 재직해왔고, 국제적인 위원회의 대표를 맡고 있었으며, 책장 한 칸을 가득 채우는 책을 저술했다. 그 책들은 천체역학, 전자기, 무선전신, 열역학에 관한 저작이었다. 푸앵카레는 자신의 이름이 붙은 200여 편의 전문적인 학술 논문으로 과학의 전 분야를 바꿔놓았다. 그는 자신의 철학적 고찰이 담긴 베스트셀러 덕분에 과학의 의미에 관한 자신의 추상적 사색을 많은 독자에게 전달하고 있었으며, 그 독자 중에는 아인슈타인도 있었다. 그와 달리 26세의 아인슈타인은 무명의 특허심사관이었고, 베른의 그저 그런 구역에 있는 엘리베이터가 없는 아파트에 살고 있었다. / 5장 아인슈타인의 시계(287쪽)

아인슈타인은 똑같은 물리적 과정을 관찰할 때, 그것이 멈춰 있는 곳에서 일어날 때와 일정하게 움직이는 열차 안에서 일어날 때 사이의 차이를 측정할 수 없다는 가정에서 시작했다. 그는 푸앵카레나 로런츠나 다른 앞선 물리학자들이 이전의 게임에서 증명하려고 고군분투해오던 것을 아예 시작점으로 삼았다. 푸앵카레 같은 과학자들은 에테르가 널리 퍼져 있는 공간을 전자가 지나갈 때 어떻게 납작해지는지, 전자가 그 찌그러짐에도 불구하고 어떻게 안정한 상태로 남아 있을 수 있는지, 전기를 띤 물체와 빛이 에테르를 지나갈 때 에테르가 어떻게 반작용하는지를 질문했다. 그러나 아인슈타인의 논문에서는 이 프랑스의 박식가가 했던 모든 질문들이 사라져버렸다. 에테르와 전자라는 구조에 대해서는 일언반구도 없었다. / 6장 시간의 장소(377-378쪽)

출판사 서평

시간, 전선과 철도, 지도, 제국의 야망
그리고 물리학과 철학의 이야기

19세기 말 철도와 전신의 팽창, 무선 통신의 확산, 제국의 야망에서부터
20세기 초 물리학의 혁신을 가져온 상대성이론까지
시계와 지도의 통일 과정을 한 권으로 집약하다

오늘날 우리는 스마트폰만 있으면 다른 나라의 시간이 언제인지 알 수 있고, 지도를 통해 세계 여러 나라의 모습을 살펴볼 수 있다. 그런데 시간은 어떻게 전 세계적으로 통일된 것일까? 그 어디에도 기준점이 없는 지구는 어떻게 현재의 경도와 위도 좌표를 갖게 된 것일까? 『아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도: 시간의 제국들』(원제: Einstein’s Clocks, Poincar?’s Maps: Empires of Time)은 19세기 말에서 20세기 초 푸앵카레와 아인슈타인이 시간 동기화와 상대성이론을 밝히면서 전 세계적으로 본초자오선과 경도를 정하고 시간과 지도가 통일되어가는 과정을 소개한다.
시계와 지도는 세계 각지에서 각각 발달해왔기 때문에 지역별로 각기 다른 시간과 지도를 사용하고 있었다. 하지만 19세기 말에는 철도, 전신 기술의 도입과 발달, 무선 통신의 확산, 식민지 제국의 확장 등으로 시간과 지도 통합의 필요성이 커지고 있었다. 가령, 본초자오선을 정하는 국제회의에서 영국과 프랑스는 자국에 본초자오선을 위치시키려고 설전을 벌였다. 본초자오선의 위치가 당시 전 세계에 식민지를 확장해가던 제국들 간의 자존심 싸움이 되었던 것이다. 이와 같은 19세기 말의 상황에서 물리학자이자 수학자이자 철학자이며, 프랑스 경도국의 핵심 인물인 앙리 푸앵카레는 전자기 신호를 이용한 규약화된 시간의 동기화 개념을 주장한다.
인류는 오랫동안 시간이 과거에서 현재를 거쳐 미래를 향해 똑같은 빠르기로 흘러간다고 믿어왔다. 온 우주에서 시간이 똑같이 흘러간다는 관념은 동서양을 막론하고 거의 보편적으로 퍼져 있었다. 그런데 1905년 아인슈타인은 상대성이론을 통해 이 보편적인 믿음이 옳지 않음을 주장한다. 시간의 동기화 과정은 관측자에 따라 상대적일 수 있다는 것이다. 이러한 동시성에 대한 아인슈타인의 재해석은 시간과 공간에 관한 그 이전의 모든 생각들을 근대물리학이라는 전혀 다른 세계로 전환시켰다.
추천사에서 홍성욱 교수는 “더없이 추상적인 시간이라는 개념이 19세기 후반 이후의 철도와 전신의 팽창, 무선 통신의 확산, 제국주의의 관료제라는 물질문명의 요소들과 촘촘히 얽혀 있으며, 이 그물망 속에서 아인슈타인의 상대성이론과 푸앵카레의 시간의 동기화 개념이 등장했음을 흥미롭고 설득력 있게 보여준다”라고 설명한다. 시계의 동기화는 사람들 사이의 편의를 위한 규약에 불과하다고 주장한 푸앵카레와 뉴턴의 절대시간을 거부하고 상대시간을 주장한 아인슈타인이, 20세기 초 전 세계적으로 대두되었던 시간 동기화와 경도 결정의 문제에서 만난 것이다.
물리학-철학-기술의 교류지역에 있던 상대성이론은 근대 지식의 상징으로서 각 분야에서 발전해간다. 전자의 진행 경로가 휘어지는 실험, 아서 에딩턴의 일식 관측 실험 등으로 아인슈타인의 이론이 입증된 후, 상대성이론은 물리학 지식의 커다란 전환점이 된다. 또한 상대성이론의 시간 좌표화는 시간과 지도의 통일 이외에도 새로운 과학철학의 시대의 하나의 모델이 된다. 빈 학파는 동기화된 시계의 동시성을 논증 가능한 과학적 개념으로 받아들였고, 유럽과 미국의 물리학자와 근대 철학자들은 신호 교환의 동시성을 적절한 근거가 있는 지식의 사례로 적극적으로 받아들였다. 20세기 가장 영향력 있는 미국의 철학자 콰인은 “훗날 과학을 수정해야만 할 때가 오더라도 끝까지 보존하기 위해 노력해야 할 개념”으로 아인슈타인의 시간 개념을 꼽았다. 또한 상대성이론은 일종의 기술로서 전통적인 측량 도구를 대체하며 GPS나 인공위성과 같은 최첨단 기술로 발달한다.
그 밖에도 19세기 후반 대부분의 물리학자들이 믿어왔던 에테르가 상대성이론의 발견으로 폐기되는 과정, 육상과 해저에 전 세계적으로 전신케이블을 설치하는 과학자들의 노력, 경도를 탐색하는 과정에서의 지도제작자들의 어려움, 전신 신호를 이용한 시계 동기화와 세계지도 제작 과정, 미터법 규약이 국제화되는 과정, 천문대 시간과 철도 시간 사이의 반발, 시간의 규제로 프랑스가 제3공화국의 혁명을 제도화하는 과정 등 19세기 말에서 20세기 초 제국주의 시대의 풍경을 다채롭게 소개한다.
또한 독자들에게 당시의 모습을 보여주기 위해 십진법을 이용한 프랑스혁명 시계, 간섭계, 이동식 천문대, 공기압시계 제어실, 아인슈타인이 보았을 스위스 무리의 시계탑, 시간의 전자기 좌표화에 관한 특허 등 다양한 삽화를 실었다. 저자 피터 갤리슨은 그가 과학사학자인 만큼 상대성이론을 사회적, 역사적 관점에서 접근했기 때문에, 독자들涌“어려운 수학과 물리학 지식을 요구하지 않는다. 또한 20세기 초 천재 과학자였던 아인슈타인과 푸앵카레와 관련된 재미있는 일화들을 흥미롭게 들려준다.

아인슈타인의 스위스 특허국, 푸앵카레의 프랑스 경도국은 최적의 환경이었다!
아인슈타인과 푸앵카레가 상대성이론과 시간 동기화를 밝혀내기까지
이들을 둘러싼 삶을 세세하게 추적하다
《북리스트》에서 “아인슈타인과 푸앵카레의 업적을 이보다 더 쉽고 매혹적으로 설명해주는 책은 없다”라고 소개했듯, 저자 피터 갤리슨은 20세기 초 아인슈타인과 푸앵카레가 속했던 사회는 물론 이들의 세세한 일상생활까지 꼼꼼하게 살펴본다.
우연히 북유럽 기차역에 서서 승강장에 걸려 있던 시계들을 바라보던 피터 갤리슨은 시계들이 분 단위, 초 단위까지 일치하는 것을 목격한다. 이때 갤리슨은 원거리 동시성의 의미를 파악하기 위해 애썼을 1905년의 아인슈타인도 당시 기차역의 승강장에서 좌표화된 시계를 바라보았을 것이라는 생각을 하게 되고, 이를 계기로 이 책을 집필하게 되었다고 한다.
1800년대 중반부터 유럽 국가들을 중심으로 시계 좌표화가 퍼져나가기 시작했다. 스위스에서의 기술 하부구조 발달은 꽤 늦은 1890년에 시작되었는데, 스위스의 철도, 전신, 시계 네트워크, 시간 동기화의 중심에는 베른이 있었고 이후 철도가 놓인 지역을 따라 제네바, 바젤, 뇌샤텔, 취리히로 빠르게 퍼져나갔다. 아인슈타인은 이처럼 시계 좌표화 기술에 둘러싸여 있었을 뿐 아니라 그 기술의 발명, 생산, 특허의 중심인 베른 특허국에서 일하고 있었다.
시계 동기화의 한복판에 있었던 또 다른 과학자로 프랑스의 푸앵카레가 있었다. 1893년부터 푸앵카레가 주요 일원으로 활동했던 프랑스 경도국은 경도의 결정과 시간 좌표화에 앞장서고 있었다. 경도국을 책임지고 있던 푸앵카레는 수천 킬로미터의 해저케이블을 통해 시간 신호를 보내어 정교한 세계지도를 창조하는 전 세계적인 프로젝트의 중심에서 세계를 바라보았다.
아인슈타인에 대한 대중의 이미지는 철학자-과학자이지만, 사실 아인슈타인은 현실적 문제 해결력을 가진 특허심사관-과학자였다. 푸앵카레 또한 상아탑에 갇힌 사색가라기보다는 유명한 드레퓌스 편지 사건의 수학적 해결에 참여하고 당시 항해와 국제관계의 뜨거운 쟁점이었던 경도 결정 문제를 주도적으로 해결하려 한 인물이었다. 이들이 빛을 이용한 시간 동기화와 상대성이론을 밝혀낼 때, 푸앵카레가 속해 있던 프랑스 경도국이나 아인슈타인이 일했던 스위스 특허국은 이를 밝혀내기 위한 최적의 환경이었던 것이다.
또한 저자는 아인슈타인과 푸앵카레가 각자 상대성이론의 개념을 밝혀내기까지 이들이 속했던 학교나 직장이 어떠했고, 누구와 교류했고, 또 어떠한 생각을 하고 있었고, 무엇을 밝히려고 노력하고 있었는지 등을 편지, 연설문, 강의자료, 회의 기록물, 특허신청서 등 각종 자료를 통해 세밀하게 추적한다. 아인슈타인이 공부했던 스위스 연방공과대학은 이론과 실천의 즉각적인 연결과 직접적인 실험 과정을 중시했다. 사고실험과 이론물리학자로 알려진 아인슈타인은 실제로 장치를 만지기 좋아하는 만물수리공이었으며, 고감도 전위계에 관한 특허를 받으려고도 했다. 특허국에 다니는 시간 이외에는 올림피아 아카데미라는 소모임을 통해 과학적, 철학적 사고를 길렀다. 한편 푸앵카레는 프랑스 최고의 교육기관인 에콜폴리테크니크에서 순수과학과 응용기술을 모두 중시하는 교육을 받았으며, 이후 광산엔지니어로 일하면서 공학적인 사고를 길렀다. 그 밖에도 에밀 부트루, 오귀스트 칼리농 등 철학자들과의 교류를 통해 과학철학적 사고를 넓히고, 천체역학의 거대한 도전과제인 삼체문제 해결에도 이바지한다.
또다른 추천사에서 임경순 교수가 “그의 놀라운 통찰력 덕분에 난해한 중력방정식을 칠판에 적고 있는 이론물리학자 아인슈타인은 벤처 사업가의 아들이자 베른의 특허국 직원으로 본래의 모습을 되찾았고, 천재 수학자 푸앵카레는 에콜폴리테크니크의 엔지니어 전통을 계승한 파리의 경도국장으로 우리 앞에 자신의 정체를 드러냈다”라고 설명한다. 시간과 지도가 통일되는 과정에 결정적인 역할을 했던 아인슈타인과 푸앵카레가 상대성이론을 발견할 무렵 이들을 둘러싼 20세기 초의 여러 상황들과 과학적 사건들과 일상적인 일화들을 쉽게 지나칠 수 없는 것은, 아인슈타인과 푸앵카레를 둘러싼 상황들이 상대성이론을 밝혀내는 데 결정적인 영향을 주었기 때문이다.

시간에 대한 인류의 믿음을 근본적으로 뒤흔든 아인슈타인의 논문
1905년 특수상대성이론을 밝혀내기 전, 아인슈타인은 푸앵카레의 논문을 읽었을까?
협력자이자 경쟁자였던 아인슈타인과 푸앵카레의 관계를 파헤치다
과학사학자들은 아인슈타인의 논문 다섯 편이 나온

작가정보

저자(글) 피터 갤리슨

저자 피터 갤리슨(Peter Galison)은 1955년 미국 뉴욕에서 태어났다. 하버드대학교에서 물리학과 과학사 박사학위를 받았으며, 현재 하버드대학교 조지프 펠레그리노 과학사 및 물리학 석좌교수이자 과학사 분야의 세계적인 권위자이다.
갤리슨은 물리학의 세 가지 주요 하위문화라고 할 수 있는 실험하기, 장치 만들기, 이론 사이의 복잡한 상호작용에 관해 주로 연구하고 있다. 『아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도』는 20세기 초 기술, 철학, 물리학의 교차점에 있던 상대성이론이 전 세계적으로 시간과 지도가 통일되어가는 과정에 미친 영향을 이론적인 측면에서 다루고 있다. 실험에 관한 책으로는 『실험이 어떻게 종결되는가How Experiments End』, 장치에 관한 책으로는 『이미지와 논리Image and Logic』(파이저상 수상작)가 있으며, 후속으로 자아와 현대 기술의 상호작용을 파헤친 『Building, Crashing, Thinking』을 집필 중이다. 또한 19세기 중엽에 객관성이라는 관념이 새롭게 나타나는 장면을 포착한 『객관성Objectivity』, 과학과 다른 분야 사이의 교차영역에 대해 폭넓게 탐구한 『거대과학Big Science』, 『21세기를 위한 아인슈타인Einstein for the 21st Century』 등을 공동 집필했다.
과학과 예술의 교차영역에 관심이 많은 갤리슨은 수소폭탄 논쟁을 다룬 〈최후의 무기The Ultimate Weapon〉, 정부의 비밀을 다룬 〈비밀Secrecy〉, 1만 년 뒤 미래 방사성 물질의 감시 필요성을 다룬 〈봉쇄Containment〉 등의 다큐멘터리 영화를 만들었으며, 남아프리카공화국의 예술가 윌리엄 켄트리지William Kentridge와 함께 멀티스크린 설치미술 〈시간의 거부The Refusal of Time〉(2012)와 실내악 〈시간을 거부하다Refuse the Hour〉를 만들었다. 또한 비행기 조종사 자격증을 취득한 독특한 이력도 있는 다방면으로 재능이 많은 ‘괴짜 과학자’이다. 2016년에는 천문학자, 물리학자, 수학자, 관측천체물리학자의 블랙홀 연구 네트워크인 Black Hole Initiative를 시작했다. 맥아더 재단 펠로우, 과학사학회의 파이저상, 막스 플랑크상 등을 받았다.

번역 김재영

역자 김재영은 서울대학교 물리학과에서 물리학기초론 전공으로 박사학위를 받았다. 독일 막스플랑크 과학사연구소 초빙교수, 서울대 강의교수, 이화여대 HK연구교수, KIAS Visiting Research Fellow 등을 거쳐 현재 KAIST 부설 한국과학영재학교와 서울대학교에서 물리철학 및 물리학사를 가르치고 있다. 공저로 『정보혁명』, 『양자, 정보, 생명』, 『뉴턴과 아인슈타인』 등이 있고, 공역으로 『과학한다는 것』, 『인간의 인간적 활용』, 『에너지, 힘, 물질』 등이 있다.

번역 이희은

역자 이희은은 조선대학교 신문방송학과 교수이다. 미국 아이오와대학교에서 커뮤니케이션학으로 박사학위를 받았다. 공저로 『커뮤니케이션의 새로운 은유들』, 『책, 텔레비전을 말하다』, 『디지털, 테크놀로지, 문화』 등이 있다. 『테크놀로지의 몸』을 번역했으며 『인간의 인간적 활용』, 『마르크스, TV를 켜다』 등을 공동 번역했다. 문화연구, 미디어와 테크놀로지, 영상커뮤니케이션 등을 주로 연구한다.