헤론

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1. 개요
2. 생애와 활동 시기
3. 발명품
4. 수학적 업적
5. 저서
참조

1. 개요

헤론은 기원전 150년에서 서기 250년 사이에 활동한 것으로 추정되는 고대 알렉산드리아의 그리스 발명가이자 수학자이다. 그는 증기 기관의 일종인 에올리필, 자동 판매기, 풍력 오르간 등 다양한 장치를 발명했으며, 기계적 연극 장치도 고안했다. 수학 분야에서는 제곱근 계산 방법인 헤론의 방법, 삼각형 넓이를 구하는 헤론의 공식 등을 제시했으며, 최단 경로 알고리즘과 빛의 반사 원리를 연구했다. 저서로는 《자동기계》, 《다이옵트라》, 《측량술》 등이 있다.

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헤론 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
17세기 독일의 헤론 묘사
출생	기원후 10년경?
국적	알렉산드리아, 로마 이집트
거주지	알렉산드리아
알려진 업적	아이올로스의 공 헤론의 분수 헤론의 공식 자동 판매기
분야	수학 물리학 기압 및 수력 공학
이름
로마자 표기	Hērōn
기타 정보
설명	기원후 60년경에 살았던, 이집트 과학자이자 그리스 엔지니어로 묘사되는, 고대 최고의 실험가였다.

2. 생애와 활동 시기

헤론의 출생지와 배경을 포함하여 그의 생애에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 그에 대한 최초의 현존하는 언급은 파푸스의 저서 《수집》 (4세기) 제8권에서 그의 작품에 대한 언급으로 나타나며, 학자들은 헤론의 활동 연대를 기원전 150년부터 서기 250년 사이로 추정한다.^[5] 오토 노이게바우어는 헤론의 《디오프트라》에서 가상의 예시로 사용된 알렉산드리아와 로마에서 관측된 달의 식을 언급하며, 서기 62년의 식의 세부 사항과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했다. A. G. 드라크만은 이후 헤론이 알렉산드리아에서 직접 그 식을 관측했다고 추측했다.^[6] 그러나 헤론은 이를 명시적으로 언급하지 않으며, 달의 식에 대한 그의 언급은 모호하며, 대신 이전 관찰자의 데이터를 사용했거나 심지어 예시를 만들어냈을 수도 있다.^[7]

생몰 연도에 대해서는 여러 설이 있으며, 기원전 2세기 무렵으로 보는 설부터 3세기 전반 무렵으로 보는 설까지 있다. 크테시비오스의 제자라는 설이 맞다면, 기원전 2세기 후반에서 기원전 1세기 무렵의 인물이라는 결론이 나온다. 브리태니커 백과사전의 구판 (1969년의 제14판)에서는 저작에서 62년에 관측된 월식에 언급하고 있다는 점을 근거로 1세기 무렵의 인물로 보았다. 현재 판에서는 이 기술이 삭제되었지만, 적어도 62년에는 생존해 있었다고 보고 있다.

3. 발명품

헤론은 물, 불, 증기 등을 동력으로 이용하고, 특히 피드백을 교묘하게 이용하여 제어되는 여러 기계를 발명한 것으로 알려져 있다. 헤론에게 귀속된 주요 장치 및 발명품은 다음과 같다.

'''강제 펌프''': 고대 로마 세계에서 널리 사용되었으며, 소방차에 사용되기도 했다.
'''주사기와 같은 장치''': 공기 또는 액체의 공급을 제어하는 데 사용되었다.^[16]
'''헤론의 분수''': 자체 정수압 에너지로 작동하는 독립형 분수.
'''낙하하는 무게와 구동 차축에 감긴 끈으로 구동되는 수레.'''^[17]
'''온도계''': 헤론은 특정 물질, 특히 공기가 팽창하고 수축한다는 원리를 알고 있었고, 부분적으로 공기로 채워진 닫힌 튜브가 물통에 담겨 있는 시연을 설명했다.^[18]
'''플로트 밸브를 사용하는 자체 채움 와인 보울.'''^[19]

3. 1. 에올리필 (헤론의 증기 기관)

'''에올리필''' (일부는 "헤론의 엔진"으로 알려져 있음)은 로켓 엔진과 같은 반응 엔진이자 최초로 기록된 증기 기관이다. (비록 비트루비우스가 ''건축 십서''에서 에올리필을 언급했지만, 아마도 헤론보다 더 이전일 것이다).^[10] 또 다른 엔진은 제단 불로 가열된 밀폐된 챔버의 공기를 사용하여 밀폐된 용기에서 물을 배출했다. 물을 모아서 그 무게가 밧줄을 당겨 사원 문을 열었다.^[11] 일부 역사가들은 두 발명품을 결합하여 에올리필이 유용한 작업을 할 수 있다고 주장했다.^[12]

아이올로스의 구(헤론의 증기 기관)는 로켓 엔진의 원형이며, 기록에 남아 있는 가장 오래된 증기 기관이라고도 한다(다만 고대 로마의 비트루비우스도 헤론보다 100년 정도 전에 저서 『건축에 관하여』에서 아이올로스의 구에 언급하고 있다). 어쨌든 증기 기관은 산업 혁명보다 2000년 전에 발명된 셈이다.

3. 2. 자동 판매기

기계 상단 슬롯을 통해 동전을 넣으면 일정량의 물을 정화에 사용하도록 분배하는 자동 판매기는 헤론의 저서 ''기계론''에 그의 발명품 목록에 포함되어 있다. 동전을 넣으면 레버에 부착된 팬으로 떨어졌다. 레버는 약간의 물이 흘러나오도록 밸브를 열었다. 팬은 동전의 무게로 계속 기울어지다가 떨어지면 카운터웨이트가 레버를 다시 위로 젖혀 밸브를 닫았다.^[13]

세계 최초의 자동 판매기도 일설에 따르면 헤론이 발명했다고 한다. 기계의 최상부에 있는 투입구에 동전을 넣으면 정해진 양의 성수가 나오는 것이었다. 이 내용은 저서 『기체장치』(후술)에 기술되어 있다.

『공기역학』이라고도 불리는^[29] 라틴어 제목 ''Pneumatika''^la에는 기원전 215년경 고대 이집트의 신전에 설치된 성수(제물의 물)의 자동 판매기에 대한 기술과 도해(지레의 원리를 응용하여, 투입된 5드라크마 동전의 무게로 내부의 받침대가 기울어지고, 그 기울기가 원래대로 돌아올 때까지 밸브가 열려 수도꼭지에서 물이 나오는 방식)가 있다. 발명자에 대해서는 헤론의 발명이라는 설, 크테시비오스의 발명이라는 설, 동명의 다른 사람인 헤론의 발명이라는 설 등 여러 설이 있다.

3. 3. 풍력 오르간

헤론의 풍력 오르간은 풍차를 이용하여 오르간을 작동시키는 장치로, 바람의 힘을 기계 동력으로 사용한 최초의 사례이다.^[14]^[15]

3. 4. 극장 자동 장치

헤론은 그리스 극장을 위한 다양한 기계 장치를 발명했다. 여기에는 밧줄, 매듭, 회전하는 원통형 톱니바퀴로 작동하는 간단한 기계 시스템으로 구동되는 약 10분 길이의 완전 기계식 연극과 숨겨진 드럼에 금속 공을 기계적으로 떨어뜨려 천둥 소리를 내는 장치 등이 포함된다.^[14]^[15]

3. 5. 기타 발명품

헤론은 물, 불, 증기 등을 동력으로 이용하고, 특히 피드백을 교묘하게 이용하여 제어되는 여러 기계를 발명한 것으로 알려져 있다. 헤론에게 귀속된 주요 장치 및 발명품은 다음과 같다.^[10]

'''에올리필''' (일부는 "헤론의 엔진"으로 알려져 있음): 로켓 엔진과 같은 반응 엔진이자 최초로 기록된 증기 기관이다. (비록 비트루비우스가 ''건축 십서''에서 에올리필을 언급했지만, 아마도 헤론보다 더 이전일 것이다).^[10] 또 다른 엔진은 제단 불로 가열된 밀폐된 챔버의 공기를 사용하여 밀폐된 용기에서 물을 배출했다. 물을 모아서 그 무게가 밧줄을 당겨 사원 문을 열었다.^[11]
자동 판매기: 기계 상단 슬롯을 통해 동전을 넣으면 일정량의 물을 정화에 사용하도록 분배한다.^[13]
풍차 오르간: 바람이 기계의 동력으로 사용된 최초의 기록된 사례이다.^[14]^[15]
그리스 극장을 위한 많은 메커니즘: 밧줄, 매듭 및 회전하는 원통형 톱니바퀴가 작동하는 간단한 기계 시스템에 의해 구동되는 거의 10분 길이의 완전히 기계적인 연극을 포함한다.
강제 펌프: 고대 로마 세계에서 널리 사용되었으며, 한 가지 응용 분야는 소방차에 사용되었다.
주사기와 같은 장치: 헤론이 공기 또는 액체의 공급을 제어하기 위해 설명했다.^[16]
헤론의 분수: 자체 정수압 에너지로 작동하는 독립형 분수.
낙하하는 무게와 구동 차축에 감긴 끈으로 구동되는 수레.^[17]
온도계: 헤론은 특정 물질, 특히 공기가 팽창하고 수축한다는 원리를 알고 있었고, 부분적으로 공기로 채워진 닫힌 튜브가 물통에 담겨 있는 시연을 설명했다.^[18]
플로트 밸브를 사용하는 자체 채움 와인 보울.^[19]
아이올로스의 구 (헤론의 증기 기관): 로켓 엔진의 원형이며, 기록에 남아 있는 가장 오래된 증기 기관이라고도 한다(다만 고대 로마의 비트루비우스도 헤론보다 100년 정도 전에 저서 『건축에 관하여』에서 아이올로스의 구에 언급하고 있다).^[27]^[28]
세계 최초의 자동 판매기: 기계의 최상부에 있는 투입구에 동전을 넣으면 정해진 양의 성수가 나오는 것이었다.
헤론의 풍력 오르간은 세계 최초의 풍력 기계로 여겨진다. 또한, 그리스 극장의 다양한 장치도 발명했다.

4. 수학적 업적

광학 분야에서 헤론은 빛이 두 지점 간의 최단 거리 경로를 통과한다는 가설을 제안했다. 비록 이 가설은 현재 페르마의 원리에 의해 부정되었지만, 헤론은 자신의 가설에 기반하여 빛의 입사각과 반사각이 같다는 반사의 원리를 증명했다.^[20]

기하학 분야에서 삼각형의 세 변의 길이로 넓이를 구하는 헤론의 공식은 유명하다. 헤론은 어떤 수의 제곱근을 반복 계산하는 알고리즘을 제시했는데, 이는 바빌로니아 법과 거의 비슷하다.^[20] 헤론은 헤론의 공식과 더불어 세제곱근을 계산하는 방법에 대해서도 보고했다.^[21]

입체 기하학에서 헤론 평균은 뿔대 또는 원뿔의 부피를 구하는 데 사용될 수 있다.

4. 1. 헤론의 공식

기하학 분야에서 삼각형의 세 변의 길이를 사용하여 넓이를 구하는 공식인 헤론의 공식

\biggl(S=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}, \ \ s=\dfrac{a+b+c} {2}\biggr)

은 유명하다. 헤론은 어떤 수의 제곱근을 반복해서 계산해 내는 알고리즘을 제시하기도 했는데, 이는 바빌로니아 법과 거의 비슷하다.^[20] 헤론은 헤론의 공식과 더불어 세제곱근을 계산하는 방법에 대해서도 보고했다.^[21]

4. 2. 제곱근 및 세제곱근 계산법

기하학에서 삼각형의 세 변의 길이를 사용하여 넓이를 구하는 헤론의 공식

\biggl(S=\sqrt{s(s-a)(s-b)(s-c)}, \ \ s=\dfrac{a+b+c} {2}\biggr)

은 유명하다. 헤론은 그의 저서 《측량술(Metrica)》에서 제곱근을 계산하기 위한 반복 알고리즘을 설명했는데, 이는 현재 헤론의 방법으로 알려져 있다.^[20] 헤론은 이와 함께 다른 알고리즘과 근사치를 제시했으며, 세제곱근을 계산하는 방법도 보고했다.^[21]

4. 3. 최단 경로 알고리즘과 페르마의 원리

광학 분야에서 헤론은 빛이 두 지점 간의 최단 거리의 경로를 통과하여 지나간다는 가설을 제안했다. 이 가설은 현재는 최단 거리가 아닌 최단 시간이 걸리는 경로를 지나간다는 페르마의 원리에 의해 부정되었다. 그러나 헤론은 자신의 가설에 기반하여 빛의 입사각과 반사각이 같다는 반사의 원리를 증명했다.^[20]

헤론은 또한 최단 경로 알고리즘을 설명했는데, 즉, 선의 한쪽에 있는 두 점 A와 B가 주어졌을 때, AC + BC를 최소화하는 직선상의 점 C를 찾는 것이다. 이것은 그가 페르마의 원리를 공식화하도록 이끌었다. 즉, 빛의 광선이 동일한 매질 내에서 점 A에서 점 B로 전파될 때, 따르는 경로 길이는 가능한 가장 짧은 것이다. 중세 시대에 이븐 알하이삼은 이 원리를 반사와 굴절 모두에 확장했으며, 이 원리는 1662년에 피에르 드 페르마에 의해 이 형태로 언급되었고, 가장 현대적인 형태는 광학적 경로는 정지점이다.^[21]

4. 4. 입체 기하학

헤론은 그의 저서 《측량술(Metrica)》에서 제곱근을 계산하기 위한 반복 알고리즘을 설명했는데, 이는 현재 헤론의 방법으로 알려져 있다. 이와 함께 다른 알고리즘과 근사치를 제시했다.^[20] 하지만 오늘날 그는 삼각형의 세 변의 길이를 사용하여 넓이를 구하는 헤론의 공식과 가장 밀접하게 관련되어 있다. 헤론은 또한 세제곱근을 계산하는 방법에 대해서도 보고했다.^[21] 입체 기하학에서 헤론 평균은 뿔대 또는 원뿔의 부피를 구하는 데 사용될 수 있다.

5. 저서

현재까지 남아있는 헤론의 저서는 다음과 같다.

''Pneumatica'' (Πνευματικά|자동기계^grc, 그리스어, c. 60): 공기, 증기, 수압을 이용하는 기계에 대한 설명으로, 수력 오르간인 ''hydraulis''가 포함되어 있다.^[22]
''Automata'' (Αὐτόματα|자동기계^grc, 그리스어): 연회나 극장 등에서 기계적 또는 공압적 수단(예: 사찰 문의 자동 개폐, 포도주와 우유를 따르는 조각상 등)으로 경이로움을 연출하는 기계에 대한 설명^[23]
''Mechanics'' (ميكانيكا|기계학^ar, 아랍어)
''Metrics'' (القياس|측정법^ar, 아랍어)
''Dioptra'' (ديوپترا|다이옵트라^ar, 아랍어): 주행 기록계와 다이옵트라(토지 측량기와 유사한 장치)가 설명된 길이 측정 방법을 모은 책

헤론이 저술한 것으로 알려진 작품에는 다음이 포함된다.

''Belopoeica''(Βελοποιικά|포병 기술^grc): 기계화된 전쟁에 대한 설명
''Metrica''(측정법): 다양한 기하학적 물체의 표면적과 부피를 계산하는 방법을 설명하는 책

아랍어 번역본으로만 보존된 작품:

''Mechanica''(기계학): 건축가들을 위해 쓰여졌으며, 무거운 물체를 들어 올리는 방법을 담고 있다.
''Catoptrica''(Κατοπτρικά|반사광학^grc): 빛의 진행, 반사 및 거울의 사용에 대한 내용

때때로 헤론의 작품으로 여겨지지만, 현재는 다른 사람이 쓴 것으로 여겨지는 작품:^[24]

''Geometrica''(기하학): ''Metrica''의 첫 번째 장과 유사한 문제 모음^[25]
''Stereometrica''(입체기하학): ''Metrica''의 두 번째 장과 유사한 3차원 계산 예시^[25]
''Mensurae''(측량법): ''Stereometrica''와 ''Metrica''를 기반으로 한 문제의 측정을 수행하는 데 사용할 수 있는 도구
''Cheiroballistra''(Χειροβαλλίστρα|체이로발리스트라^grc): 투석기에 관한 내용
''Definitiones''(Ὅροι|정의^grc): 기하학 용어의 정의를 포함

단편적으로만 보존된 작품:

''Geodesia''(Γεωδαισία|측지학^grc)
''Geoponica''(Γεωπονικά|농학^grc)
아랍 저술가들이 증언했지만 더 이상 존재하지 않는 유클리드의 ''원론''에 대한 주석

헤론의 작품을 가장 포괄적으로 엮은 판은 1903년 라이프치히의 테브너 출판사에서 5권으로 출판되었다.

참조

_[1] 서적 The Biographical Dictionary of Scientists Peter Bedrick Books
_[2] 간행물 Hero's Pneumatica: A Study of Its Transmission and Influence
_[3] 서적 Distinguished Figures in Mechanism and Machine Science: Their Contributions and Legacies https://books.google[...] Springer
_[4] 간행물 Hero of Alexandria's Mechanical Geometry https://www.degruyte[...] 2004-12
_[5] 서적 A History of Greek Mathematics Oxford University Press
_[6] 간행물 Suetonius 'Nero' 41. 2 and the Date of Heron Mechanicus of Alexandria
_[7] 간행물 Heron of Alexandria's Date http://individual.ut[...]
_[8] 서적 A History of Mathematics: An Introduction Addison Wesley
_[9] 서적 Out of control: the new biology of machines, social systems and the economic world https://archive.org/[...] Addison-Wesley 1994
_[10] 서적 Herons von Alexandria Druckwerke und Automatentheater B.G. Teubner 1899
_[11] 웹사이트 Temple Doors opened by Fire on an Altar http://www.history.r[...] London: Taylor Walton and Maberly (online edition from University of Rochester, Rochester, NY) 2008-04-23
_[12] 서적 Twenty-five centuries of technological change Routledge
_[13] 서적 Greek and Roman technology: A Sourcebook Routledge
_[14] 간행물 Heron's Windmill
_[15] 간행물 Von der östlichen zur westlichen Windmühle
_[16] 서적 The Pneumatics of Hero of Alexandria http://www.history.r[...] Taylor Walton and Maberly 2010-01-27
_[17] 뉴스 The programmable robot of ancient Greece https://www.newscien[...] 2007-07-07
_[18] 문서 Principles and Methods of Temperature Measurement
_[19] 웹사이트 Hero of Alexandria | The Engines of Our Ingenuity https://engines.egr.[...]
_[20] 서적 A History of Greek Mathematics https://archive.org/[...] Clarendon Press
_[21] 간행물 Heron's Formula for Cube Root
_[22] 문서 Hero of Alexandria and Hydraulis
_[23] 문서 Francesco Grillo (2019). ''Hero of Alexandria's Automata. A Critical Edition and Translation, Including a Commentary on Book One'', PhD thesis, Univ. of Glasgow
_[24] 웹사이트 Heron of Alexandria
_[25] 간행물 Hero, Ps-Hero, and Near Eastern practical geometry http://akira.ruc.dk/[...]
_[26] 서적 The Forgotten Revolution: How Science Was Born in 300 BC and Why it Had to Be Reborn Springer
_[27] 문서 1970年代にテレビ番組『[[ハテナゲーム]]』でも紹介された。
_[28] 서적 魔法実験のひみつ —NHKハテナゲーム学習研究社 1977-12
_[29] 웹사이트 ヘロンの空気力学とオートマタ（自動機械） http://fusehime.c.u-[...] Hermann Gottschewski (東京大学比較文学比較文化研究室) 2023-09-11

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