새로운 두 과학 고체의 강도와 낙하 법칙에 관하여

갈릴레오갈릴레이

저자갈릴레오갈릴레이GalileoGalilei는갈릴레오는근대과학의아버지로불리는이탈리아의자연철학자이다.그는이탈리아토스카나대공국의피사에서태어나1581년에피사대학교의학부에입학했으나중퇴?하고수학을공부했다.이후갈릴레오는실력을인정받아1589년에피사대학교교수가되었지만,과거의학설을맹목적으로따르는학교분위기에적응하지못하고1592년에파도바대학으로자리를옮겼다.그는1609년에망원경을이용해최초로천체를관측한후그놀라운발견들을책으로펴내유럽최고의유명과학자가되었으며,1610년에토스카나대공의제일수학자로취임했다.한편1612년부터태양중심이론에대한반대가거론되기시작했는데,이런분위기속에서1632년에펴낸『대화』가문제가되어그해에종교재판에회부되었다.종교재판에서갈릴레오는공개적으로자신의신념을부정하고참회해야했고,이후피렌체근교에있는가택에연금된채여생을마쳤다.이때문에갈릴레오는교회에맞선대표적인과학의순교자로묘사되기도한다.
갈릴레오는과학전반에광범위한업적을남겼다.그는뛰어난성능의망원경을제작,천체들을관측하여목성의위성,해왕성을발견하는등천문학을혁명적으로발전시켰다.그리고정교하게설계된실험과관측을통해관성의법칙,자유낙하의법칙등의초안이될만한의미있는결과들을도출했다.또한갈릴레오는왕성한연구활동을토대로많은책을발표했다.주요저서로는『별들의소식(SidereusNuncius)』,『해의검은점에대해서마르크벨저에게보내는편지(IstoriaeDimostrazioneintornoalleMacchieSolarieLoroAccidentiCompreseinTreLettereScritteall'illustrissimoSignorMarcoVelseri)』,『시금저울(IlSaggiatore)』,『대화(Dialogo)』등이있다.

목차
옮긴이의글:갈릴레오,근대역학의창시자5
존경하는귀족노아유백작께17
인물소개23
첫째날토론29
둘째날토론157
셋째날토론207
넷째날토론321
부록385
찾아보기417

출판사서평
현대과학문명은이책에서시작되었다!
실험물리학의초석을다진불멸의고전
『새로운두과학』은물리학에지대한영향을끼쳤다.
－스티븐호킹
가장고전적인주제를다루는가장새로운과학의탄생!
온갖멋진결과들로가득차있는이새로운학문의세계로통하는문이역사상처음으로활짝열렸으니,앞으로많은사람들이이것을주목하고,여기에매달릴걸세.―본문에서
현대과학기술문명의기초인물리학은끊임없이진화해왔다.뉴턴역학은하늘에존재하는천체들의운동을이해하는데결정적으로기...
현대과학문명은이책에서시작되었다!
실험물리학의초석을다진불멸의고전
『새로운두과학』은물리학에지대한영향을끼쳤다.
－스티븐호킹
가장고전적인주제를다루는가장새로운과학의탄생!
온갖멋진결과들로가득차있는이새로운학문의세계로통하는문이역사상처음으로활짝열렸으니,앞으로많은사람들이이것을주목하고,여기에매달릴걸세.―본문에서
현대과학기술문명의기초인물리학은끊임없이진화해왔다.뉴턴역학은하늘에존재하는천체들의운동을이해하는데결정적으로기여했고,아인슈타인의상대성이론은시공간을통합하여우주의지형도를새로그렸다.이후에는대폭발이론,끈이론,다중우주론등이등장해우주에대한한층깊은이해를이끌었다.거시스케일뿐만아니라미시스케일에서도물리학은진보해나갔다.현미경으로벼룩을관찰하며만물의설계자인신을찬양하던시절을지나방사광가속기로DNA의단백질구조를살펴보고LHC실험실에서극미소입자들을다루는시대가온것이다.
현대과학의연구범위는이미인간의지각수준을넘어섰다.오늘날과학자들은우리의현실과는동떨어져보이는환경속에서존재하는그무엇을찾아내고연구하기위해열정을쏟는다.하지만불과400년전만해도과학은눈에보이는것또는손으로만질수있는것에의존했다.그런상황에서인위적인실험과적절한장치를통해가설을검증하고이론화하는과학적방법론의탄생은과학의혁명,더나아가인식의혁명을불러일으킨대사건이었다.
그혁명의선두에서있던인물이16세기이탈리아의자연철학자갈릴레오갈릴레이(GalileoGalilei,1564~1642년)였다.이번에㈜사이언스북스에서나온『새로운두과학:고체의강도와낙하법칙에관하여(DueNuoveScienze)』는첫출간(민음사,1996년)후20년만에갈릴레오의젊은시절수학노트를추가하고번역과디자인을새롭게하여나온책으로대중들에게물체의운동법칙을소개하는최초의근대역학교과서라할수있다.1638년가톨릭교회의검열을피해네덜란드에서출간된이책은『대화』로인해종교재판에서유죄를선고받은갈릴레오가자택에연금된채눈이멀어가는와중에완성한근대물리학의고전이다.
운동은고대그리스부터내려오는매혹적이면서도난해한문제였다.하지만갈릴레오는과감하게매개도구와실험을통한측정그리고사고실험을과학연구에도입했다.그결과인간은불완전한감각의한계를넘어서진리의문에한걸음다가갈수있었다.『새로운두과학』을통해독자들은갈릴레오와함께새로운과학이탄생하는순간을공유할수있을것이다.
『대화』가천동설의종지부를찍는마지막결정타였듯이,『새로운두과학』은아리스토텔레스의물리학에종지부를찍고,실험과학이라는새로운세계를활짝열어젖혔다.―「옮긴이의글」에서
아리스토텔레스의물리학이무너지다!
과학을연구하는사람으로서,자네가요구하는것은매우당연한것일세.생각해보면,광학,천문학,역학,음악,또는다른종류의과학에수학적증명을적용할때는,먼저엄밀한실험을통해서근본이되는법칙들을엄선한다음,그것을기초로전체구조를만드는것이보통하는과정이고,또마땅히그래야하니까.―본문에서
『새로운두과학』은『대화』와같이살비아티,사그레도,심플리치오라는세인물이등장해나흘간자유롭게토론하는형식으로구성되어있다.살비아티는갈릴레오의운동이론을소개하고,심플리치오는당시학계정설이었던아리스토텔레스의물리학을대변하며,사그레도는교양있는일반시민을상징한다.그리고갈릴레오는‘동료학자’로등장한다.이책은세사람은나흘간물체의응집력,강도와부피와길이의관계,물체의등속도운동,가속도운동,포물선운동에대해‘동료학자’가쓴책을같이읽으며자유롭게토론한다.
「첫째날토론」은물체의응집력의근원이무엇인가라는문제에서출발한다.살비아티는물체의응집력의근원으로진공을지목한다.하지만단순히진공의존재만으로고체의응집력을완벽히설명하지못한다.이에갈릴레오는‘무한’이라는개념을들고나온다.진공하나하나가당기는힘은작지만,아주작은진공들이고체를구성하는미세한입자들사이에무한히많다면강한응집력을발휘할수있다는것이다.데모크리토스의원자론에서게오르크칸토어의무한수를넘나드는갈릴레오의놀라운통찰력을볼수있는대목이다.
당시아리스토텔레스의물리학은진공의존재자체를부정했다.아리스토텔레스는물체의운동에대해서두원칙을제시했다.하나는같은매질에서다른두물체가움직이는속력은각각의무게에비례한다는것이고,다른하나는다른매질에서같은물체가움직이는속력은매질의밀도에비례한다는것이다.이에따르면진공에는밀도자체가존재하지않으므로진공속에서물체는순식간에지나가야한다.하지만현실에서이런일은일어나지않는다.따라서진공은존재하지않는다는것이아리스토텔레스의주장이었다.
살비아티는이를논리적으로반박하기위해사고실험하나를제시한다.
예를들어큰돌이움직이는속력이8이라하고,작은돌이움직이는속력이4라고하세.이둘을묶으면전체의속력이8보다느리게되겠지.하지만두돌을합쳤으니,속력8로움직이던돌보다더무거운돌이되었잖아?그러니까무거운것이가벼운것보다더느리게움직이는군.자네의견과모순이잖아?그러니까큰물체든작은물체든,그들이비중(표준물질에대한어떤물질의밀도의비-옮긴이)이같다면,같은속력으로움직인다.―본문에서
아리스토텔레스의주장이거짓임을확인한후살비아티는공기저항이없다면같은매질에서무게가다른두물체의운동속력은같을것이라고결론을내린다.
「둘째날토론」은물체의응집력,즉강도가물체의길이와두께에따라어떻게달라지는가하는문제를다룬다.살비아티는지렛대의원리에서시작해기둥의길이방향,두께방향,폭방향각각에추를달아버티는힘이어느정도이며그비율은얼마인지살펴보고,기둥의길이와굵기변화에따른강도변화가어떤수학적법칙을따르는지도출하며,물체자신이스스로의무게를버틸수있는한계크기를구한다.이를통해자연물이든인공물이든구조를유지한채크기만무한정늘리거나줄일수없다는결론이나온다.
이것을보여주기위해서,여기조그마한뼈하나와,그길이를세배로늘였을때작은뼈가작은동물의몸에서하는역할을큰동물의몸에서할수있도록,굵기를늘인큰뼈를그렸네.이그림을보면,큰뼈는길이와굵기의비율이비정상적으로되었음을알수있어.―본문에서
실험과수학으로증명한물체의운동법칙
「셋째날토론」과「넷째날토론」은물체의운동에관한이야기다.아리스토텔레스는물체의정지상태가자연상태이고물체의운동은외부에서어떤힘이작용하기때문에일어나는현상이라고보았다.따라서아리스토텔레스물리학에서는물체가‘왜’움직이는가하는것이핵심문제였다.높은곳에서돌을손에서놓으면돌이땅에떨어지는데그이유는우주의중심,즉지구로돌아가려는물체의속성때문이라는식이었다.하지만갈릴레오는운동의원인이아니라운동의양상에주목했다.
「셋