[강연] 움직이는 세상을 표현한 수학의 언어, 미적분 1_by 김민형 / 2024 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다' 시즌2 1강 첫 번째 이야기 | 1강 ①
해석학은 수학적 구조들 사이의 관계를 탐구하는 분야로, 우리가 흔히 접하는 미적분학의 현대적 형태라고 할 수 있습니다. 대수학이 구조 자체의 문제를 다룬다면, 해석학은 함수를 통해 그 관계를 면밀히 살핍니다. 많은 이들이 미분과 적분을 단순히 상반되는 개념으로만 이해하곤 하지만, 사실 이 둘은 탄생 배경과 원리 면에서 상당히 다른 성질을 지니고 있습니다. 이러한 차이를 이해하는 것이 해석학의 첫걸음입니다. 곡선은 직선과 달리 끊임없이 구부러져 있어 다루기 까다로운 대상입니다. 하지만 미분은 이 복잡한 형태를 국소적으로 파악함으로써 문제를 해결합니다. 구부러진 선이라 할지라도 특정 지점을 세밀하게 관찰하면 그 움직임의 특성을 파악할 수 있는 상태가 됩니다. 즉, 미분은 곡선이라는 어려운 대상을 우리가 잘 아는 선형성으로 환원하여 파악하는 혁신적인 사고방식이라고 할 수 있습니다. 아이작 뉴턴은 천체의 운동을 기술하는 과정에서 미분의 개념을 정립했습니다. 그는 시간에 따른 물리량의 변화, 즉 순간 변화율에 주목했습니다. 자동차가 주행할 때 특정 구간의 평균 속도를 구하는 공식에서 시간 간격을 무한히 0에 가깝게 줄이면, 그 찰나의 순간 속도를 얻을 수 있습니다. 뉴턴은 이를 '유율'이라 부르며 변화하는 세상의 움직임을 수학적으로 포착하려 했습니다. 이는 물리적 현상을 이해하는 강력한 도구가 되었습니다. 뉴턴과 비슷한 시기에 고트프리트 라이프니츠는 기하학적인 관점에서 미분에 접근했습니다. 그는 곡선 위의 한 점에 가장 근접한 직선인 접선의 기울기를 찾는 문제에 집중했습니다. 흥미롭게도 뉴턴의 순간 속도 계산 방식과 라이프니츠의 접선의 기울기 계산 방식은 수학적으로 동일한 극한 공식에 도달하게 됩니다. 서로 다른 동기에서 출발한 두 천재의 생각이 하나의 거대한 원리로 수렴하며 현대 미적분학의 기틀이 마련된 것입니다. 뉴턴은 1666년 이른바 '기적의 해'에 미적분학과 만유인력 등 위대한 발견들을 쏟아냈지만, 이를 즉시 논문으로 발표하지는 않았습니다. 반면 라이프니츠는 훗날 독자적으로 연구 결과를 출판했고, 이는 영국과 유럽 대륙 사이의 거대한 자존심 싸움으로 번지기도 했습니다. 비록 발견의 우선순위를 두고 오랜 논쟁이 이어졌으나, 그들의 유산은 오늘날 과학과 공학의 모든 분야에서 없어서는 안 될 필수적인 언어로 자리 잡았습니다.
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