Essay14

일리아 프리고진은 1917년 1월 25일 러시아의 모스크바에서 화공기사이며 공장주인 로만 프리고진과 모스크바 음악원 출신의 줄리아 사이에서 둘째 아들로 태어났다. 때는 러시아 혁명의 발발을 9개월 앞둔 어지러운 시기였다. 프리고진의 가족은 새로운 소비에트 정부의 사유재산에 대한 제한을 피하여 1921년에 모스크바를 떠나 리투아니아에서 1년을 지내고 베를린에 정착하였다. 그러나 당시의 독일은 제1차 세계대전에서 패한 후라 극심한 인플레와 사회적인 불안이 가득한 상황이었다. 줄리아는 이러한 불안한 환경 속에서도 어린 일리아 형제들에게 그녀가 자랄때 받았던 수준 높은 교육을 전수하고자 최선을 다했다. 그녀는 어린 형제에게 음악을 가르쳐서 일리아는 책을 읽기도 전에 이미 피아노 악보를 읽을 수 있게 되었다. 그는 후에 바하, 모차르트, 슈만, 드뷔시 등의 작품을 연주할 수 있게 된다. 베를린에서의 사업도 여의치 않고 때마침 불어닥친 나치주의자들의 열풍을 피하여 프리고진의 가족은 다시 브뤼셀로 이주하게 된다. 열 살때부터 벨기에에서 자란 프리고진은 고전교과목의 엄격한 교육으로 이름난 아테네 중학교에 들어간다. 어릴 때부터 배운 피아노를 계속하며 장래에 피아노 연주자가 될 것을 꿈꾸던 일리아는 이 학교에서 점차로 고전과 고고학, 문학, 그리고 철학 서적 등을 탐독하게 된다. 그에게 깊은 영향을 준 것은 과학이론에서의 시간과 일상생활에서 우리가 겪고 있는 시간과의 차이에 대한 앙리 베르그송 (Bergson, Henri) 의 사상이었다. 그가 열일곱 살 되던 해에 그의 가족은 일리아가 법률가가 될 것을 결정하였다. 법률 공부의 첫걸음은 범죄자들의 정신상태를 아는 것이라고 생각한 일리아는 범죄심리학에 관한 책을 찾기 시작하였으나 그는 그 대신에 뇌의 화학적 조성에 관한 책을 발견하였다. 이로부터 그는 화학에 깊은 매력을 느끼게 되었으며 마침내 브뤼셀의 자유대학에서 화학과 물리학을 전공한다. 그는 4학년이 되던 해에 교내 음악 콩쿠르에서 슈만의 작품을 피아노로 연주하여 우승하는 한편 드 동데르 (De Donder, Theodore) 교수의 지도하에 열역학에 관한 연구를 시작하였다. 1939년에 화학과 물리학 두 분야의 학위를 동시에 받으며 학부를 졸업하고, 2년 후인 1941년에 "비가역 현상에 관한 열역학적 연구"라는 제목의 학위논문으로 브뤼셀 자유대학에서 박사학위(화학)를 받는다. 저온에서 헬륨 동위원소들의 혼합물을 분리하는 방법과 평형상태에 가까운 고분자 용액에 미치는 엔트로피의 효과가 그의 연구과제였다. 이 연구를 수행하는 과정에서 그는 '최소 엔트로피 생성원리'를 발견하였고 이로써 평형에 가까운 상태의 구조적 안정성을 설명할 수 있게 되었다. 그러나 그의 관심은 한걸음 더 나아가 평형으로부터 멀리 떨어져 있는 계에 관한 것이었다. 이런 상태야말로 에딩턴 (Eddington, Arthur) 이 지적한 '시간의 화살'이 이론의 여지없이 적용되는 비가역적인 상태이기 때문이다.

종래의 열역학 제2법칙에 의하면 자발적인 과정에 대하여 우주의 엔트로피는 증가하며 이는 우주의 무질서도가 증가하는 것으로 해석되어 왔다. 이 법칙은 우주가 모든 유용한 에너지를 무질서한 운동과 더불어 소진해버리는 '열적인 죽음(heat death)'을 향하여 무거운 행진을 하고 있으며, 언젠가는 우주의 종말이 닥치리라는 암울한 예언을 하고 있는 것이다. 프리고진은 과감하게 이러한 예언에 도전하였다. 열역학적인 평형상태는 자연에서 매우 희귀한 현상이고 대부분은 비평형의 상태에 있다는 것이다. 더욱이 평형으로부터 멀리 떨어져 있는 불안정한 비평형상태에서 미시적인 요동의 효과로 거시적인 안정한 구조가 나타날 수 있다는 것을 제안하였다. 이때 나타나는 안정한 구조를 그는 '무산구조(dissipative structure)'라고 명명하였으며, 이러한 과정을 '자생적 조직화 (self-organization)'라고 불렀다. 가장 극적인 무산구조의 예는 바로 생명체이기도 하며 이러한 무산구조는 무질서한 주위 환경으로부터 에너지를 받아들이며 대신 엔트로피를 '무산'시킨다는 것이다. 프리고진은 이러한 제안을 가상적인 화학반응계인 '브뤼셀레이터 (Brusselator)'를 통하여 수식화하였으며 생체내에서 일어나는 수많은 화학반응들에 적용될 것으로 예측하였다. 그의 제안이 실험적으로 증명된 것은 소련의 과학자 벨루소프 (Belousov) 와 자보틴스키 (Zhabotinsky) 가 발견한 새로운 화학반응을 통해서이다. 말론산, 브롬산 이온, 세륨 이온을 묽은 황산용액 속에 넣고 화학반응을 시킬 때 어떤 온도에 이르면 분기현상이 일어나고 복잡한 구조가 생성됨을 선명하게 보여준다. 이러한 벨루소프-자보틴스키 반응을 설명하기 위하여 오레건 대학의 과학자들은 프리고진의 이론을 따라 '오레고네이터 (Oregonator)'라는 화학반응 모델을 세웠으며, 이 모델을 통하여 이 새로운 화학반응을 성공적으로 해석할 수 있게 되었다. 이로 인하여 프리고진의 학설은 공인되었으며 그의 주변에는 수많은 학자들이 모여들어 커다란 학파를 형성하게 되었고 마침내 이 업적을 인정받아 1977년에 노벨 화학상을 수상하게 되었다.

현재 그는 브뤼셀 자유대학에서 물리학 및 화학의 명예교수로 재직중이며, 또한 솔베이 학술대회로 유명한 솔베이 재단에서 1912년에 설립한 '국제 물리 및 화학연구소'의 소장직을 1959년부터 맡고 있다. 그리고 1957년부터는 미국 오스틴의 텍사스 대학에서도 물리학 및 화학공학 교수로 재직중이며, 또한 그를 위하여 텍사스 대학에서 설립하여준 '통계역학과 복잡한 계에 관한 연구를 위한 일리아 프리고진 센터'의 소장직도 맡고 있다. 이와 아울러 1987년부터는 프랑스 사회과학 대학원의 연구소장직도 맡고 있다. 대서양을 가로지르며 활약하고 있는 그의 주변에는 그의 학문을 추종하는 수십명의 학자들이 '브뤼셀학파'를 자연스럽게 형성하고 있다.

그의 수상경력 또한 다채롭다. 일찍이 벨기에 화학회의 반라르상(1948)을 수상한 것을 비롯하여 브뤼셀에 있는 프랑키 재단에서 수여한 프랑키상(1955), 브뤼셀의 국립과학재단에서 수여한 솔베이상(1965), 스웨덴 왕립학술원에서 수여한 아레니우스 메달(1969), 영국화학회의 버크상(1972), 런던 왕립학회의 럼퍼드 메달(1976) 등을 수상한 바 있으며, 마침내 비평형 열역학과 무산구조에 관한 그의 획기적인 업적을 인정받아 그가 만60세가 되던 해인 1977년에 노벨 화학상을 수상하기에 이르렀다. 그 후에도 그는 미국 결정학회의 카처메달(1978), 파리 데카르트 대학의 데카르트상(1979), 혼다재단의 혼다상(1983)을 수상하였고 1989년에는 과학발전에 지대한 공헌을 인정받아 벨기에 국왕으로부터 공작의 작위를 수여받았다. 이 밖에도 그에게는 수십개의 명예박사학위가 수여된 바 있고 댈러스, 몽펠리에, 우클레의 명예시민으로 추대되기도 하였다. 그는 여러 분야에서 수많은 논문과 저서를 집필하였으며 특히 일반대중을 위한 강연도 많이 하였다. 그의 논문은 수학, 물리학, 화학, 생물학, 생태학, 그리고 심지어는 대도시의 교통 문제에 이르기까지 다양한 분야에 걸쳐 발표된 바 있으며 노벨상을 수상한 이후에는 과학철학 분야에서도 활발한 저술활동을 하고 있다.

그는 과감한 개념적인 혁신과 깔끔한 수학적인 해석으로 비가역 현상에 대한 열역학적 연구를 통하여 과학적인 사고방식에 새로운 지평선을 열었으며, 과학간의 대화 및 과학과 인문학의 대화, 나아가서는 인간과 자연의 새로운 대화를 가능케 하였다. 이러한 그를 '열역학의 시인'이라고 부르는 것은 너무나 자연스러운 일인지도 모르겠다.

열역학 제2법칙에의 도전, 여러 분야의 자연과학 및 사회과학에 종합적으로 적용되는 학설을 제시함으로써 이루어진 학문 분야간의 대화, 뉴턴의 결정론적인 기계론에 대한 도전, 이로 인하여 야기되는 필연과 우연의 대립을 통한 '두 문화'권의 인간들간의 새로운 대화, 과학이론에 포함된 가역적 시간의 개념과 일상생활을 통하여 느끼는 시간의 차이에 대한 대담한 통찰, 이로 인하여 자연을 관찰하는 인간을 재조명하게 되고 인간과 자연과의 새로운 대화가 싹트기 시작하였다. 이 모든 것이 프리고진의 학설에서 비롯된 것이다. 프리고진은 단순한 과학자가 아니다. 그는 수많은 분야에서 엄청난 파문을 불러일으킨 현대의 사상가이며 개혁주의자이며 또한 혁명가이다. 그가 주장하고 있는 비가역적인 시간의 미시적인 근원이 밝혀지면 그야말로 양자역학의 탄생이래 물리학에 있어서의 최대의 과학혁명이 일어날 것이고, 이는 더 원천적으로 1686년에 발표된 뉴턴의 학설 그 자체를 뿌리부터 흔들어 놓을 수 있기 때문이다.

프리고진이 집필한 대표적인 교양서적은 철학자이며 사학자인 이사벨 스텐저스 (Isabelle Stengers) 와 공동으로 집필한 <혼돈으로부터의 질서 Order Out of Chaos>이다. 이 책은 1984년에 출간되자마자 삽시간에 전 세계적인 베스트 셀러가 되었으며 한국어를 위시하여 16개 언어로 번역되기도 하였다. <제3의 물결 The Third Wave>의 저자로 널리 알려진 앨빈 토플러 (Alvin Toffler) 가 "과학과 변화"라는 제목으로 이 책의 서문을 썼으며 모두 3부로 구성되어 있다. 제1부는 '보편개념의 환상'으로 고전역학의 한계를 철학적으로 고찰하고 있다. 제2부는 '복잡성의 과학'으로 고전역학의 한계를 극복하기 위한 열역학의 역할을 기술하며 자신의 업적을 알기 쉽게 설명하고 있다. 제3부인 '존재로부터 생성으로'에서 그는 비가역성과 시간의 화살에 대하여 다루고 있으며 특히 비가역성은 가역적인 미시적 세계의 자연법칙으로부터 유도되는 것이 아니라 최소한의 복잡성을 지닌 미시적인 계의 기본적인 성질이라고 주장하고 있다. 이 부분은 아직 전통적인 물리학계에서 공인되지 않은 가설로서 만일 그의 주장이 엄밀한 수학적·과학적인 증명으로 됫받침 된다면 그 파급 효과는 실로 엄청난 것이 된다. 양자역학의 대두로 인한 과학혁명을 뛰어넘고 뉴턴의 과학 그 자체에 대한 직접적인 도전이 이루어지는 것이다. (신국조 / 서울대 교수)

* 프리고진의 주요 저서

<화학열역학 Chemical Thermodynamics>, Longman, London, 1954
<용액의 분자이론 The Molecular Theory of Solutions>, North Holland Publishing Co., Amsterdam, 1957.
<비평형 통계역학 Nonequilibrium Statistical Mechanics>, Wiley, New York, 1962.
<교통량에 대한 동역학 이론 Kinetic Theory of Vehecular Traffic>, Elsevier, New York, 1971.
<구조, 안정성, 요동의 열역학 이론 Thermodynamics Theory of Structure, Stability, and Fluctuation>, Wiley-Interscience, New York, 1971.
<비평형 계의 자생적 조직화 Self-organization in Nonequilibrium Systems>, Wiley-Interscience, New York, 1977.
<자연과의 대화 Dialogues with Nature>, Doubleday, New York, 1979.
<새로운 연합 La Nouvelle Alliance>, Gallimard, Paris, 1979.
<존재로부터 생성으로 From Being to Becoming>, Freeman, San Francisco, 1980.
<혼돈으로부터의 질서 Order Out of Chaos>, Bantam Books, New York, 1984.
<시간과 영원의 사이 Entre le Temps et Eternite>, Fayard, Paris, 1988.
<복잡성의 탐색 Exploring Complexity>, Freeman, New York, 1989.

* 참고문헌

신국조, "비평형 열역학과 프리고진", 과학사상 제4호, 1992 .