과학혁명 3 Lecture 13.

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1 과학혁명 3 Lecture 13

2 1638 '두 개의 새로운 과학에 관한 논의'(두과학) 발표 ( Elsevier 출판사 출간)
역시 대화형식. 배경 베네치아 무기공장 -배, 대포 만드는 것 물질 강도, 공기 무게, 원기둥에 관한 기하학적 명제, 진자진동의 불변성. 칸틸레버 변형력 국지적인 운동. 공이 경사면을 구르는 것으로 낙하 운동 던져진 물체(투사체)의 운동 아리스토텔레스의 이론은 무거운 물체는 가벼운 물체보다 빨리 낙하 - 관찰과도 일치: 무거운 책은 가벼운 종이보다 빨리 떨어짐 낙하에 관련된 요소들은 다양. 예컨대 물체의 무게, 혹은 오늘날의 용어를 쓴다면 '질량', '운동량', 물체가 통과하는 매질, 물체의 밀도 혹은 비중, 매질의 부력, 물체의 모양, 매질의 저항력, 이동거리, 경과시간, 처음 속도(혹은 속력), 평균속도, 최종속도, 다양한 가속도 등의 요소들을 언급할 수 있음. 어떤 요소가 핵심적일까? 갈릴레오는 자유낙하를 연구하기 위해 어마어마한 개념적인 문제들에 직면

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4 갈릴레오 역학의 기본 원리 관성의 개념 운동의 중합 법칙 갈릴레오의 상대성 이론
원운동이 자연스러운 운동. 지구상의 좁은 범위에서 보면 직선운동 원운동의 잔재가 남아 있었음. 운동의 중합 법칙 속도의 합성과 분해가 가능하다는 것. 갈릴레오의 상대성 이론 움직이는 물체상에 있는 물체는 그 물체의 움직임을 알 수 없다.

5 갈릴레오의 근본적 기여 1. 운동학적 법칙 kinamatical law : 운동을 기술하지만 운동의 원인을 설명하지 않음. 즉 현상의 수학적 기술에만 집중 2. 300년전 오렘 과 차이는 운동의 추상적 가능성들을 성찰한 반면 실재 세계 즉 지구에서 물체들이 떨어지는 방식에 적용 그러나 실험에 의한 '과학적 방법'을 사용하지 않음  갈릴레오는 자신이 주장하는 명제를 '검증'하기 위해 실험을 한 것이 아니라 자신의 원리들이 옳음을 '예증'하기 위해 실험. 갈릴레오의 실험은 가설을 입증하지 않았고, 그의 실험은 이미 분석적인 추론을 통해 얻은 결론을 예증함. “지구가 움직여도 우리가 사는 데 지장이 없음”을 보여줌

6 갈릴레오 역학의 공헌 코이레의 주장 갈릴레오의 공헌 갈릴레오의 공헌은 공간의 기하학화, 이상화된 조건을 과학에 도입한 것
아리스토텔레스주의에서 플라톤주의로 갈릴레오의 공헌 일상생활에 얽매이지 않고 실제로는 있을 수 없는 간단한 요소들도 분해해서 설명 예: 진공, 수평운동, 마찰이 없는 운동 이상화된 조건 하에서의 관성의 개념을 확립 플라톤적 경향 관성을 발견(발명)은 코페르니쿠스의 지동설의 최대 반론을 제거 (땅이 움직이면 던지는 것이 뒤로 떨어지지 않는가 하는 문제)

7 갈릴레오 역학의 한계 관성에서 원운동 고수 중력도 물체 자체의 성질로 봄 자연스러운 가속운동과 비자연스러운 가속운동 구분
아리스토텔레스적인 잔재 갈릴레오의 한계를 갈릴레오보다도 훨씬 이론적인 데카르트가 극복해 줌 관성 직선운동 자연적, 비자연적 운동의 구분이 완전히 없어짐 해결안 된 문제 : 솜공과 납공의 차 즉 힘과 운동량 개념이 없었음. 1642년 사망 그해 뉴턴 탄생

8 연구장비(망원경과 현미경) 발명의 의미 네덜란드 안톤 반 레벤후크( ) : 현미경 발명, 작은동물 관찰 이탈리아 미르체로 말피기( ) : 말피기관 발견 영국 로버트 후크( ) : 년 Micrographia 출간 - 망원경은 널리 인정되고 사용되어 얻어진 결과가 쉽게 합의. - 현미경은 무엇을 보는가가 합의가 잘 안 이루어짐. 19세기에 이르러 표준적인 실험장비 이것은 연구 전통을 확립하려면 도구 그 자체가 아니라 지적인 틀의 공유가 필요하다는 사실을 시사함.

9 갈릴레오 전후 유럽의 과학 갈릴레오의 재판과 처벌은 17세기 후반 이탈리아의 과학 수준과 질에 영향.
사망 100년 후에 이탈리아어 판본 허가. 코페르니쿠스 교육 1822년 허가. 1835년 금서목록 제외. 최근 갈릴레오 복권. 대학에 잠시 머물렀기에 갈릴레오 제자가 별로 없음 과학활동이 이탈리아를 벗어나 프랑스, 네덜란드, 영국으로 이동 프랑스 아마추어 과학자 집단 : 피에르 가상디( ), 피에르 페르마( ), 블레즈 파스칼( ), 르네 데카르트( ) 영국 과학자 집단 : 윌리엄 길버트( ) : 자석 윌리엄 하비( ) : 혈액의 순환 프란시스 베이컨( ) : 새로운 과학을 위하여 매우 설득력 있는 대변자 로버트 보일( ) : 실험화학자 왕립의학칼리지(1518), 그레셤 칼리지(1598, 최초 급여교수 고용) 런던왕립학회(1662), 왕립 그리니치 천문대(1675) 옥스퍼드대학과 케임브리지대학에 과학교수직 제정(1619기하.천문,1621자연철학)

10 르네 데카르트 (René Descartes1596-1650)
- 새로운 과학이 선구자 역할 계승, 용병생활, 32세 철학과 과학 헌신, 네덜란드에서 살면서 20년간 연구 - 대수학, 해석기하학 업적. 데카르트 좌표계(카테시안XYZ 좌표), 광학, 기상학. - 방법서설 1627 ; 과학지식이 어떻게 만들어지는가 - 신학과 형이상학 - 근대 철학의 아버지 - 주요업적 : 아리스토텔레스 천문학과 기타 경쟁 이론을 밀어냄 - 기계적인 세계관. 전통으로부터의 극단적 단절. 모든 것이 역학과 충돌법칙 지배되고 연결되는 거대한 기계로 작동 - 우주관 : 거대한 에테르 소용돌이 속에서 위성이 행성 주위를 돌고 행성이 태양 주위를 돈다고 상상 vortex이론 (1644 철학의 원리)

11 데카르트 시기 아리스토텔레스 일색의 중세학문에 그리스 다른 철학자의 다양한 이론 소개에 따른 상호 모순
- 종교 개혁운동과 함께 지적 권위 추락 아리스토텔레스 일색의 중세학문에 그리스 다른 철학자의 다양한 이론 소개에 따른 상호 모순 해결을 위한 단일성.통일성 찾으려는 노력 실패 지적 권위 존재하지 않음 피론의 회의주의 발굴 소개 감각을 믿을 수 없고, 본질을 알 수 없음.

12 해결 방안 1. 아리스토텔레스 근거 감각의 믿음성 2. 완화된 회의론 : 회의론자 주장 인정, 실제경험과 부합되는 진리가 있음을 주장 - 수학적 지식, 기계에 관한 지식 - 메르센 실제로 나타나는 현상을 합리적 설명하는 지식의 인정 (실용주의적 입장) 3. 신독단론(new dogmatism) : 회의론자 주장 정면 돌파. 외부세계에 대한 참된 진리를 얻을 수 있다는 확신 후기 데카르트 : 지식의 위기를 철저히 인식함에 의하여 완전한 해결 시도 체계적 의심방법 (method of systematic doubt) - cogito, ergo sum 절대, 확실한 지식의 근거 : 명징성(clarity, distinctness) 새로운 지식체계 - 신의 존재와 그 완전성 증명, 인간을 포함한 우주 전체에 대한 체계 확립 - 기계적 철학(mechanical philosophy) 17세기 말까지

13 데카르트의 해결 방안 수학 사용 : 해석학(analysis, 대수학방법)
- 문제의 해답을 얻는 것 중시 (반면 기하학은 옳은 해답 증명 중시) - 카테시안 좌표, xy 등 표시법, 해석기하학, 극대, 극소개념(후에 미적분학 발전) 광학, 기하학, 기상학 함께 출간 - 이책의 서론 - 방법서설 감각과 판단의 명징성 요소 : - 외연(extension) - 외부세계의 물체에 대응이 되고 망막에 맺히는 상의 원인이 되는 일정한 공간을 점하는 그 무엇이 틀림없이 존재하고 그 공간과 한도를 정의하는 단어 (이것이 실재하는 물질로 결론) 운동(motion) - 외연이 전달되는 과정에서의 움직이는 것 진공은 없고 꽉 찬 물질공간(plenum) – 눈에 보이지 않은 미세 물질 입자로 구성 색깔, 소리, 냄새 등도 이 입자들의 결합과 운동으로 설명 주장 기계적 철학 - 고대 원자론에 기원. 무신론적인 원자론과 조화의 문제 데카르트, 보일 – 기계적 철학의 근본이 신이라도 주장

14 데카르트의 운동 법칙 데카르트 운동의 정의 데카르트 운동의 3법칙 데카르트 역학에서는 충돌 법칙이 기본
“어느 한 부분이 다른 부분에 대해서 움직임” 상대적 개념 기계적 철학: 모든 것은 물질과 그것의 운동 신을 물질 운동의 기원, 물질을 창조하고 운동하게 함. 데카르트 운동의 3법칙 1.모든 물체는 다른 것이 이 상태를 바꾸려 하지 않는 한 똑같은 상태에 남아 있으려고 한다. 2. 운동하는 물체는 직선으로 그 운동을 계속하려고 한다. 3. 운동량 (quantity of motion: mv)은 보존된다. 데카르트 역학에서는 충돌 법칙이 기본 action at a distance 거부

15 원운동의 문제 데카르트 운동 체계의 문제점 호이겐스(Christian Huygens1629-1695)
테카르트는 중력, 빛, 충돌현상 등 수많은 현상을 설명했지만, 그의 이론의 세부는 많은 문제점을 지니고 있음. 충돌 법칙 가운데 틀리는 것 Vortex이론에서 보듯이 자신도 의식하지 못한 채 원운동을 자연스러운 운동으로 사용함. 중력 현상도 원심력으로 설명함. 호이겐스(Christian Huygens ) 데카르트의 원심력 개념을 발전시킴. 원추 진자론

16 17세기 역학의 한계 충돌 현상에의 집착 정역학(statics)과 동역학(dynamics) 개념 혼동
원격작용에 의한 힘 등은 고려하지 않음 헤르메티시즘, 연금술적 전통, 르네상스 자연주의에 대해 거부감을 보임 충돌에 의한 변화를 순간적인 것으로만 생각 속도의 계속적인 변화는 취급 곤란 정역학(statics)과 동역학(dynamics) 개념 혼동 일과 에너지(힘)의 혼동 질량과 무게의 혼동

17 뉴턴 어린 시절 Isaac Newton (1642년 12월 25일(1월 4일)-1727) 소지주의 유복자로 태어남
모성 결핍과 심리적 영향 어머니는 생후 2년 만에 재가해서 그의 곁을 떠남 외할머니 손에 의해서 길러짐. 의붓아버지가 죽고 어머니가 다시 돌아올 때까지 9년 동안 어머니와 떨어져 지냈음. 이런 모성결핍이 그의 심리적 경향에 커다란 영향을 미침 논문을 발표할 때마다 보인 심리적 불안감 그를 비판하는 사람들에 대해서 보여 주었던 지극히 비이성적이고 격렬한 반응

18 케임브리지 시절의 뉴턴 1661년 케임브리지 트리니티 칼리지에 입학. 1664년 <철학의 몇가지 문제들>
과학혁명에 근간이 되는 생각을 접했음 데카르트, Gassendi의 원자론, 보일의 화학 등 기계적 철학 Hermeticism 케임브리지 플라톤주의자 Henry More를 통해 데카르트 기하학 공부 낙향 기간(Annus Mirabilis ) 1665년 흑사병으로 대학이 문을 닫자 고향에서 2년간 후일 중요한 의미를 지니는 생각을 하게 됨 미적분학, 색깔에 관한 생각, 역제곱법칙

19 후크와의 논쟁 1667년 Fellow of Trinity College 광학에 대한 연구
2년 뒤 Lucasian Professor of Mathematics 광학에 대해서 강의 광학에 대한 연구 빛이 단색광이 아니라 혼합광임을 주장 반사망원경 발명 뉴튼 망원경 Robert Hooke ( )와 논쟁 1672년 빛과 색깔에 관한 논문을 왕립학회에 발표한 뒤 이후 외부와 관계를 끊고 격리 신경쇠약, 발작 이 기간 동안 헤르메티시즘과 연금술에 탐닉 프린키피아 출판시 후크와의 표절 시비

20 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
1679년경 Hooke로부터 역제곱법칙에 관한 편지를 받음 행성운동에 이용할 생각 1684년 8월 Edmond Halley 뉴턴 방문 뉴턴이 역제곱법칙을 도입하여 케플러의 법칙을 풀게 됨 Halley의 권유로 책을 쓰게 됨 왕립학회에서 출판을 약속 18개월동안 집필해서 1687년 3권의 책으로 출판 후크의 표절 시비 프린키피아에서 후크 인용 삭제 후크 생전에 왕립학회 회장직 거부 광학 출판 연기

21 고전역학의 완성 Universal Gravitation 도입 뉴턴의 운동의 3 법칙 1. 관성의 법칙 2. 힘과 가속도 법칙
Action at a distance 뉴턴의 운동의 3 법칙 1. 관성의 법칙 2. 힘과 가속도 법칙 “운동의 변화는 가해진 힘(motive force)에 비례하며, 그 힘이 가해진 직선 방향으로 나타난다.” 3. 작용-반작용 법칙

22 뉴턴의 프린키피아 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
Book I: 진공 중의 입자의 운동 3법칙에 바탕으로 역제곱의 힘뿐만이 아니라 n역제곱의 힘도 다룸 Book II: 저항이 있은 매질 내의 운동 나중에 틀린 것으로 판명됨 데카르트의 vortex이론 비판 주기가 반경의 5/4제곱에 비례해서 케플러 법칙인 3/2를 도출할 수 없다고 주장 Book III: 천제 역학 – 천문학을 역학으로 설명 케플러의 법칙을 역제곱에 비례하는 힘으로써 증명 지구의 세차운동, 달의 운동의 불규칙성, 조석운동, 혜성의 운동 등을 설명.

23 ‘프린키피아’ 출간 이후 출판 직후의 반응 조폐국 시절 성경 해석 작업 라이프니츠와의 미적분학 우선권 논쟁
인력의 도입 문제: 연금술사나 마술사가 쓰던 용어 특히 데카르트 철학의 영향 아래 있던 곳에서는 저항 심함 굉장히 큰 충격과 함께 뉴턴에게 국제적 명성을 줌 조폐국 시절 1696년부터 조폐국에서 일함 위조지폐 방지에 노력 성경 해석 작업 다니엘과 요한의 예언서를 해석(사후 출판) 라이프니츠와의 미적분학 우선권 논쟁 추종자들의 부축임에 못 이겨서 시작한 논쟁이 추잡한 싸움으로 변함 두 사람이 죽으면서 끝남

24 뉴튼의 Opticks Opticks (1704) 특징 “나는 가설을 만들지 않는다” 1672년 경에 이미 거의 완성된 논문
1703년 후크가 죽은 뒤 출판 특징 프린키피아에 비해 실험적 빛을 입자로 보고, 프리즘에 의한 색의 연구 거시적 현상만을 언급 미시적 메커니즘은 언급하지 않음 “나는 가설을 만들지 않는다” Principia에 나오는 언급 중력이 실제로 존재함을 강조하기 위해서 한 말

25 뉴턴과학의 방법론 뉴턴 과학의 방법론 뉴턴 과학의 이중성 1. 현상들에서 힘을 설정하는 단계 가상적, 상상적, 사색적
Opticks의 Query 31번 빛의 굴절과 힘의 관계, 그 외의 여러가지의 힘을 도출하려 함 2. 이것으로부터 수학적으로 그 현상을 얻어내면, 그 힘은 존재 뉴턴 과학의 이중성 프린키피아와 광학의 차이를 반영 뉴턴에 의해서도 완전히 융합되지 않았음 뉴턴주의자들도 시기와 분야에 따라 서로 다른 쪽을 강조 1. 수학적, 기계적 해석역학, rational mechanics 2. 경험적, 사색적 18세기에 "인력"에 바탕한 추측, 사색적 연구

26 과학혁명의 뉴턴의 종합 과학혁명기의 변화 고전역학의 완성과 뉴턴의 종합 정성적 과학이 정량적, 수학적 과학으로 변화
반아리스토텔레스적 경향 기계적 철학의 등장 실험적 방법과 실험과학 확립 실용적이며 조작적 지식이 추구됨 과학단체와 교과서들이 나타남 새로운 수학적 테크닉 출현 대수학, 해석기하학 등 고전역학의 완성과 뉴턴의 종합 그는 만유인력이라는 힘과 몇 개의 운동법칙을 바탕을 두고, 수학적 방법을 사용해서 지구를 비롯한 여러 천체의 운동을 성공적으로 기술 천체역학과 지상의 역학의 종합 천상계와 지상계의 구분을 부수고 단일한 눈으로 볼 수 있게 해줌 볼테르 경험과 이론의 종합

27 18세기 과학에 미친 뉴턴과학의 영향 사색적 가상적 분야 수학적 이론적 분야 “과학”이라는 단일한 image 제시
화학적 친화력: 실패 전기자기학: 성공 caloric 이론, 또는 무게가 없는 입자들 사회과학, 생명과학, 심리학, 인식론 등에도 뉴턴의 방법론 적용 수학적 이론적 분야 해석역학 및 천체 역학 “과학”이라는 단일한 image 제시 18세기 뉴턴주의 과학과 뉴턴의 과학방법론은 내용이나 구체적인 방법상으로 영향을 주었을 뿐만이 아니라 "과학"이라는 단일한 image도 제시 분야는 달라도 단일한 방법, 관점으로 다룰 수 있다는 믿음