신비한 마법의 과학자 연금술사

THE TRUTH OF ALCHEMY

근대 물리학의 아버지 아이작 뉴턴.

한평생 독신으로 연구에만 매진했던 뉴턴의 취미(?)는 다른 아닌 연금술이었다. 혹자는 뉴턴이 물리나 수학보다 오히려 연금술에 더 많은 열성을 쏟았다고 이야기하기도 한다.

인류 역사에 있어 오랜 기간 혹세무민과 사이비라는 단어로 사회적 지탄을 받았던 연금술이란 대체 무엇이기에 뉴턴처럼 명망 있는 과학자들마저 매료시키고 만 것일까.

박소란 기자 [e-mail]

연금술은 철, 구리, 납 따위의 비금속을 가지고 고가의 귀금속, 특히 황금을 만들어내는 신비한 기술을 말한다. 현대인들의 시각에서는 마법이나 점성술과 다를 바 없는 주술적 산물로 여겨진다. 과학자의 눈으로 바라본다면 그 비현실성은 일고의 가치조차 없을 것이 자명하다.

그런데 도대체 왜 뉴턴을 비롯한 여러 저명한 과학자들이 스스로 연금술사가 되기를 자처한 것인지 좀처럼 이해가 되지 않을 것이다.

황금에 눈이 멀어서? 아니면 우리가 모르는 다른 이유가 있는 걸까. 혹시 이런 과학자들 가운데 몇몇은 진짜 연금술을 터득해 남몰래 생활의 궁핍함을 벗어난 것은 아닐까.

검은 땅의 기술
연금술의 기원은 명확하지 않다. 학계에서는 대체로 기원전 2~3세기 무렵 이집트에서 처음 시작된 것으로 추정한다.

연금술을 영어로 'alchemy'라고 하는데 'chem'은 고대 이집트에서 파생된 언어인 콥트 어의 '검은 땅'이라는 단어에서 유래됐다고 한다. 여기서 검은 땅은 이집트를 가리킨다. 나일강의 범람으로 언제나 강 주변 지역에 검은 흙이 높이 쌓여 있었다고 해서 붙여진 이름이다. 그러므로 연금술은 이집트인이 빚어낸 기술적 산물로 해석할 수 있다. 굳이 연금술이 아니더라도 이집트인은 고대 세계에서 금속을 다루는 기술이 유달리 뛰어났던 민족으로 잘 알려져 있다. 그들은 금속의 형상 전화를 실현하기 위해 다양한 실험을 수행하곤 했다.

이집트에서 태동한 연금술은 이후 그리스 어를 쓰는 지역으로 널리 전파됐다. 그리 고 시리아를 거쳐 페르시아로 전해졌다.

7~8세기 이슬람교가 생겨난 뒤에는 페르시아 지역이 연금술의 중심지가 됐으며 12세기 무렵에는 라틴어를 쓰는 유럽 지역으로까지 연금술의 손길이 닿았다.

이렇게 연금술은 근대 화학이 성립하기 이전까지 수천 년 이상 세계 각지에서 연구됐다. 하지만 근대 화학의 아버지라 불리는 18세기 프랑스의 화학자 앙투안 로랑 라부아지에의 실험적 이론이 확립되면서 크게 입지가 흔들린다. 생명 자체가 하나의 화학적인 과정이라고 말한 라부아지에가 연금술의 이론적 근간이었던 원소변환설을 완전히 뒤엎었기 때문이다.

그리스의 철학자 아리스토텔레스가 주창한 이래 정설로 받아들여진 원소변환설의 핵심은 특정 물질을 이루고 있는 원소들이 어떤 과정을 통해 다른 물질로 변화할 수 있다는 것이다. 아리스토텔레스는 흙, 물, 불, 공기를 특정하며 이들 4가지 원소의 비율만 다르게 섞으면 어떤 물건이든 만들어낼 수 있다고 주장했다.

이와 관련 당시 사람들은 물을 끓이고 난 다음에 생긴 흰색의 침전물이 흙이라고 믿었다. 사실은 물을 끓인 용기의 내벽이 녹아서 생긴 부산물이었지만 물이 흙으로 변했다며 원소변환설의 증거로 받아들였다. 마찬가지로 돌에 어떤 특별한 자극을 가하면 금으로 바꿀 수 있다고도 생각했다.

또한 이런 전화 현상에 관여하는 특별한 근원물질이 존재한다고 여겼는데 연금술사 들은 근원물질의 유력 후보 중 하나로 수은을 꼽았다. 땅속의 수은이 황금이 될 수 있다고 판단한 셈이다.

하지만 라부아지에가 1783년 6월 실험장치를 제작, 최초의 물 분해에 성공하면서 물은 단일 원소가 아니며 산소와 수소의 화합물이라는 사실이 증명됐다. 당연히 원소변환설의 모든 가설도 이때부터 흔들리기 시작했다. 바꿔 말해 라부아지에의 물 분해 실험 이전까지 과학계는 원소변환설을 지지했고 그 가설에 따라 연금술도 가능하다고 판단, 갖가지 실험을 수행했다고 볼 수 있다.

전화 (轉化) - 무언가가 질적으로 바뀌는 것, 또는 그렇게 만드는 것.

자연의 수수께끼
중세 연금술사들의 모습에 대해서는 캐나다 디스커버리연구소 소속의 작가 벤저민 와이커가 저서 '주기율표의 수수께끼'에서 밝힌 내용이 있다. 그에 따르면 연금술사들은 일반적으로 금속을 제련하는 사람들 과는 차원이 달랐다고 한다. 제련 전문가들이 실용적인 것을 추구한 반면 연금술사는 자연의 수수께끼에 큰 흥미를 느꼈다. 과학을 수행하면서도 마치 철학자와 같은 자세로 실험실에 틀어박혀 수수께끼를 풀고자 분투했다는 것이다.

하지만 이를 감안해도 왜 하필 값싼 금속을 황금으로 바꾸는 비법에 유독 주목했는지는 잘 이해가 되지 않는다. 연금술이 자연의 수수께끼와 무슨 연관이 있다고 여긴 걸까.

이 의문은 오늘날 학계에서 중력 이론을 세운 뉴턴과 연금술사 뉴턴을 똑같은 얼굴의 위대한 과학자로 평가한다는 점에서 해답을 엿볼 수 있다. 이는 곧 연금술 역시 과학과 유관한 속성을 지니고 있다는 의미이기 때문이다.

즉 과학자들에게 금속을 황금으로 바꾸는 비법은 곧 자연 만물의 성질을 아는 일과 일맥상통한 것이었을 가능성이 크다. 그래서 연금술사들은 오랜 시간 시행착오를 겪으며 해답을 찾는 데 골몰했고 뉴턴도 다르지 않았다. 황금으로 부자가 되겠다는 세속적 욕망이 아닌 학문적 열망이 그를 연금술의 세계로 끌어들였다고 할 수 있다. 물론 그의 솔직한 속내는 아무도 모를 일이지만.

이유야 어찌됐든 결과적으로 연금술사들의 고된 작업은 모두 허사로 돌아갔다. 적어도 공식적으로는 그렇다. 그들의 가설 중 많은 부분은 오류로 판명됐으며, 금과 비슷한 것이라도 만들어냈다는 얘기는 전해지지 않는다.

첨단을 걷는 현대과학조차 '아직은' 비금속을 황금으로 변환시키는 것은 불가능하다. 항간의 미스터리 신봉자들은 누군가 그 비법을 알아냈을 가능성을 제기하기도 하지만 그것은 단지 우리의 소망일 뿐이다.

오늘날의 과학은 일반적 화학작용으로는 금을 만들 수 없다고 말한다. 땅속에서 퇴적 작용에 의해 금이 만들어진다는 사실을 알고 있음에도 말이다. 여기에 대해 벤저민은 이렇게 언급한 바 있다. "안타깝게도 우리는 땅속 이 아닌 땅 위에 살고 있습니다."

무한 동력 장치 한번 외부에서 동력을 받으면 영원히 자가발전 시스템으로 작동한다는 가상의 기관을 가리켜 무한 동력 장치라고 한다. 가동을 위해 100의 에너지를 소비하는 장치가 있다고 가정해 보자. 그런데 이 장치는 200의 에너지를 생산한다. 즉 최초 100의 에너지만 넣어주면 생산되는 에너지 200 중 100은 다시 가동에 소비하고 나머지 100은 다른 곳에 공급할 수 있다. 영원히 말이다. 이것이 바로 무한 동력 장치다. 이 역시 연금술과 마찬가지로 오랜 옛날부터 많은 과학자들의 도전정신을 자극해 온 대상이지만 현대 과학은 에너지보존법칙에 의거해 그 실현 가능성을 인정하지 않는다. 에너지보존법칙은 에너지의 형태가 바뀌거나, 하나의 물체에서 다른 물체로 에너지가 옮겨갈 때 당초의 에너지 총량은 변하지 않는다는 게 핵심골자다. 쉽게 말해 100의 에너지는 결코 100 이상의 에너지가 될 수 없다. 그러므로 현재 ' 무한 동력 장치'라는 이름으로 투자자를 꾀고 있는 발명품들은 모두 가짜라 할 수 있다. 학계에서도 1770년대 중반 이래 이런 발명품 자체를 아예 인정하지 않고 있다. 무한 동력 장치를 거론할 때 빼놓을 수 없는 인물이 스위스의 폴 바우만이다. 그는 1970년 '테스타티카(Testatika)'라는 무한 동력 장치를 개발, 세계적인 화제를 불러일으켰다. 알려진 바에 따르면 이 장치는 두 개의 커다란 회전식 원판으로 이뤄져 있다. 두 원판을 반대 방향으로 회전시키면 원판의 마찰작용에 의해 고압의 전기가 발생하는 구조다. 이는 정전기 유도 장치인 윔스르스트장치(Wimshurst machine)와 기본원리가 같지만, 처음 한두 번만 원판을 돌려주면 영구적으로 회전한다는 점에서 차별성이 있다. 만약 이것이 가능하다면 우리는 공짜 전기를 무한히 얻을 수 있다. 그러나 바우만은 테스타티카가 우주의 원리에 따라 만들어졌다고만 밝혔을 뿐 그 원리가 널리 알려지면 악용의 소지가 있다는 이유로 세부적인 원리는 끝내 공개하지 않았다. 물론 현대적 시각으로는 공개하지 '못한' 것이 맞을 것이다.

근대 과학의 씨앗
연금술은 오랫동안 정통 과학과는 거리가 먼 유사과학, 다른 말로 사기술로 치부돼 왔다.

처음 가동에 필요한 최초의 동력(에너지)만 제공하면 그 이후부터는 영원히 추가적인 에너지 투입 없이 자가발전을 통해 에너지를 생산해낸다는 무한 동력 장치처럼 말이다.

그러나 당대의 연금술사들이 행한 연구가 모두 무의미했던 것만은 아니다. 일각에서는 현대 과학의 근간이 연금술 속에서 움텄다고 보는 견해도 있다.

벤저민에 따르면 연금술사들은 주로 7가지 금속을 다뤘다. 그리고 그 금속들은 행성과 밀접한 관련이 있다고 믿었다. 금은 태양, 은은 달, 철은 화성, 수은은 수성과 연결시키는 식이다. 이는 각 금속의 색깔 등과 유관한 해석이다.



다소 허무맹랑한 발상이지만 이런 가정을 바탕으로 연금술사들은 나름의 화학기호(?) 를 만들기도 했다. 현재의 화학기호와는 비교할 수조차 없는, 상형문자로 된 조악한 것이지만 말이다.

또한 현대에 사용되는 여러 실험 장비들이 연금술사의 실험실에서 기인됐다는 얘기 도 있다. 부피 측정·반응·증류 등에 사용되는 플라스크를 비롯해 깔때기, 여과기, 막자 사발 등 우리에게 친숙한 도구들이 여기에 속한다. 알려진 바에 따르면 이들에게 가강 중요했던 도구는 증류기다. 당시의 증류기는 긴 부리를 가진 새가 쪼그려 앉아 있는 것과 유사한 모양이었다고 한다. 이 도구들은 현대 과학자가 사용하는 정교하고 편리한 실험도구와는 많이 달랐지만 결과적으로 인류 화학기술 발전에 상당한 도움을 줬다는 사실을 부정하는 학자는 거의 없다.

부와 건강
후기 연금술사들은 황금 뿐 아니라 불로장생의 영약을 만드는 데도 힘을 쏟았다.

연금술사는 갖가지 실험 장비 외에 기묘한 화학물질을 조합해내기도 했다. 일례로 산 (acid) 역시 황금을 만들려다 발견한 물질이다. 산은 물질을 분해하는 성질이 강해 순수한 원소의 분해에 지금도 유용하게 쓰인다.

정리하자면 연금술은 학문으로서는 근대적 형태를 갖추지 못했으나 기술적 측면에서는 과학 발전에 기여한 바가 적지 않다. 연금술사 개인을 놓고 봤을 때도 마찬가지다.

이탈리아의 물리학자 니콜라 비트코프스키는 저서 '딴짓의 재발견'에서 뉴턴 역시 연금술에 대한 끈질긴 연구를 통해 물리와 수학에서 위대한 성과를 이뤘다고 강조한다. 뉴턴은 우주의 신비를 얼마든지 해독할 수 있다고 믿었고 연금술도 그 일환이었다는 얘기다.

무려 30년 동안이나 밤을 지새우며 원소변 환설을 검증하려 애썼다는 뉴턴. 그가 연금술과 관련해 기록한 자료는 자그마치 노트 세 권 분량에 이른다고 한다. 또 그는 연금술 실험을 위해 다량의 수은을 사용하다가 수은에 독성이 있다는 사실을 몸소 발견하기도 했다.

연금술은 뉴턴의 다른 연구, 특히 광학 연구에도 깊은 영향을 미쳤다. 광학에서 그는 프리즘을 사용, 태양의 백색광을 스펙트럼 단색광으로 분해한 뒤 다시 프리즘으로 단색광을 재합성하면 원래의 백색광이 된다는 것을 증명했다. 이는 연금술의 기본 원리와 밀접하다.

반면 뉴턴이 연금술을 위시한 신비주의에 사로잡혀 일찍이 현실감을 잃어버렸다는 기록도 있다. 오랜 시간 동안 발 하나는 중세 과학에, 다른 발은 근대 과학에 딛고 선 양다리 (?) 뉴턴은 말년에 불면증, 편집증, 위장장애 등에 시달리다 51세를 일기로 세상을 떠났다.

연단술 서양에 연금술이 있다면 동양에는 연단술이 있다. 연단술은 불로장생의 약, 단(丹)을 만들기 위한 기술이다. 고대 중국의 권력자들은 납과 수은 등에 불을 더해 영약인 단을 구할 수 있을 것으로 믿었다. 이로 인해 중국 내에서는 적지 않은 사람들이 부작용을 겪었고, 약 6명의 당나라 황제가 수은 중독 때문에 사망한 것으로 전해진다. 불로장생의 아이콘인 진시황 역시 연단술로 제조된 여러 약들을 복용한 것이 오히려 사망의 원인이 됐다는 설도 있다.

영원한 신비주의
16세기로 접어들며 연금술에 새로운 일면이 추가됐다. 황금의 제작에서 불로장생의 영약을 만들고자 하는 의학적 시도로 뻗어간 것.

그 시발은 당대의 연금술사이자 의사로서 의화학(醫化學)의 시조로 불리는 스위스 의 파라켈수스다. 과학사에서 가장 기괴한 인물로 꼽히는 그와 그의 신봉자들은 연금술의 효용은 황금이 아닌 영약을 만드는 데 있다고 주창했다. 이러한 의화학 사상이 널리 전파되면서 연금술사들도 자연히 인간의 병을 고치는 의약 연구에 힘을 쏟게 된다.

파라켈수스는 자연에서 생겨난 광물 등이 인체에 침투해 병이 생긴다고 주장했으며 병을 치료하기 위해서는 화학약품을 사용해야 한다고 강조했다. 그리고 갖가지 실험적 방법을 동원해 많은 의약품을 개발했다. 말하자면 그는 연금술에서 근대 화학으로 이어지는 과정의 교량 역할을 했던 셈이다.

이후 주지하다시피 근대로 접어들며 연금술의 열기는 차츰 수그러들었다. 17~18세기 영국의 과학자 로버트 보일, 앙투안 로랑 라부 아지에 등이 원소의 개념을 명확히 정립하며 근대적 화학관을 제시했다. 특히 19세기 들어 화학적 방법으로는 황금의 제조가 불가능하다는 사실이 밝혀져 연금술은 대중의 관심에서 완전히 멀어져갔다. 이렇게 오늘날 연금술은 신비주의, 초자연주의를 넘어 혹세무민의 전형으로 몰락했다.

정신병
심리학자 융은 연금술이 집단무의식의 산물이라 정의했다.

하지만 연금술에 대한 의문이 완전히 해소된 것은 아니다. 당대 연금술사들의 실험실에서 벌어졌을 갖가지 일들은 여전히 신비에 둘러싸여 우리의 호기심을 자극한다. 뉴턴만 해도 그렇다. 그가 연금술에 한창 심취했던 시기는 17세기로 이미 근대 화학이 뿌리내린 이후다. 그럼에도 그는 그때까지 연금술의 환영을 벗어던지지 못했다. 단순한 아쉬움이나 미련으로 보기에는 뭔가 석연치 않다.

이에 대해 1920년대 스위스의 심리학자 칼 구스타브 융은 연금술에 대해 새로운 해석을 제시했다. 그는 연금술 문헌에 나오는 수많은 상징적 표현들이 정신병 환자의 꿈속에 나타나는 이미지와 유사하다고 밝혔다. 연금술의 실체는 다름 아닌 집단무의식의 산물이라는 주장이다.

보잘 것 없는 금속으로 황금과 불로장생의 영약을 만들겠다는 연금술. 융의 주장대로라면 우리는 아직까지 이 집단무의식에서 벗어나지 못하고 있는 것일지도 모른다. 아마도 많은 사람들은 지금 이 순간에도 어디에선가 우리가 모르는 괴짜 연구자가 연금술의 실현을 위해 고집스레 연구에 매진해주길 바라고 있을 것이기 때문이다.

연금술은 과학이 쓴 최초의 오명이자, 동시에 영원한 좌표가 아닐까.

현대의 연금술 오늘날에도 연금술은 불가능하다. 하지만 황금이 아닌 모조 백금(플래티넘, Pt) 정도라면 가능하다. 백금은 자동차의 촉매 변환 장치에 필수적인 재료로 전 세계 매장량이 10만톤 정도로 적은 반면 수요는 많아 순금 이상의 가치를 지니고 있다. 실제로 지난 2009년 미국 펜실베이니아주립대학의 화학자 웰포드 캐슬먼 교수 연구팀은 레이저를 이용해 텅스텐 카바이드(탄화텅스텐) 분자에서 전자를 분리, 백금과 동일한 물성을 갖도록 하는 데 성공했다. 백금의 가격이 탄화텅스텐의 1,000배에 달한다는 점에서 가히 연금술에 비견될 만한 성과라 할 수 있다. 조만간 연구팀은 여러 개의 탄화텅스텐 분자를 대상으로 이 기술을 재현, 상용성을 확인할 계획이다. 성공한다면 자동차 제조업체들은 적지 않은 비용절감 효과를 누리게 된다. 비록 연금술의 비책을 알아내지는 못했지만 금속의 물성을 완벽히 모방할 수는 있게 된 것이다.