에바리스트 갈루아
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1. 개요
에바리스트 갈루아는 1811년 출생하여 1832년 사망한 프랑스의 수학자이다. 그는 군론, 갈루아 이론 등 추상대수학의 핵심 개념을 도입했으며, 5차 이상의 방정식에는 일반적인 대수적 해의 공식이 없다는 것을 증명하는 데 기여했다. 10대에 갈루아 이론의 기초를 세웠으나, 생전에 업적을 인정받지 못했다. 그의 수학적 업적은 사후에 재평가되었으며, 현대 수학과 과학의 다양한 분야에 큰 영향을 미쳤다.
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에바리스트 갈루아 - [인물]에 관한 문서 | |
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기본 정보 | |
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본명 | 에바리스트 갈루아 |
출생지 | 오드센주 부르라렌() |
사망 장소 | 파리 |
사망 원인 | 결투에 의한 복막염 |
학력 | |
모교 | 에콜 노르말 쉬페리외르 중퇴 |
학문 지도 교사 | 리샤르, 베르니에 |
경력 | |
직업 | 수학자 |
활동 분야 | 수학 |
업적 | |
주요 업적 | 갈루아 이론, 타원 함수론, 군론, 연분수 |
영향 | 아드리앵-마리 르장드르, 닐스 헨리크 아벨 |
영향을 준 인물 | 조제프 리우빌, 리하르트 데데킨트, 카미유 조르단, 샤를 에르미트, 에밀 피카르 |
알려진 업적 | 방정식론, 군론, 갈루아 이론 연구 |
서명 | |
2. 생애
갈루아는 군론의 난해한 내용 때문에, 그의 격동적인 생애가 더 잘 알려져 있다. 그의 수학적 업적은 사후 40년이 지나서야 주목받았지만, 그의 생애에 관한 연구는 오랫동안 미흡했다. 1896년 고등사범학교 역사학 교수 폴 뒤피(fr)가 발표한 「에바리스트 갈루아의 생애」(La vie d'Evariste Galois)는 갈루아의 생애에 관한 최초의 본격적인 연구였다. 뒤피는 갈루아의 외가 친척, 누이의 유족, 학우들의 증언과 자료를 토대로 이 논문을 완성했다. 갈루아의 15세 무렵 초상화도 뒤피에 의해 함께 발표되었다. 이 논문은 후세 갈루아 생애 연구의 원전이 되었다.
갈루아의 죽음에 관해서는 여러가지 설이 있는데, 알렉상드르 뒤마는 갈루아와 결투를 벌인 사람이 페쇠 데르뱅빌(Pescheux d’Herbinville프랑스어)이라고 주장했다.[65] 그러나 다른 기록에 따르면, 결투 상대는 갈루아의 공화주의자 친구 에르네스트 뒤샤텔레였을 가능성도 있다.[21]
2. 1. 어린 시절
1811년 10월 25일 아버지 니콜라 가브리엘 갈루아(Nicolas-Gabriel Galois프랑스어)와 어머니 아델라이드 마리 드망트(Adélaïde-Marie Demante프랑스어) 사이에서 태어났다.[2][4] 아버지는 학교 교장이었으며, 시를 짓는 것을 좋아했다. 공화주의자였으며, 부르라렌(Bourg-la-Reine) 지역 자유당의 당수였고, 루이 18세가 왕위에 복위된 1814년 부르라렌의 시장이 되었다.[2][53] 어머니는 법률가의 딸로 라틴어와 고전 문학에 능통했고, 갈루아에게 12세까지 직접 교육을 하였다.[53]
2. 2. 학창 시절
1823년 갈루아는 리세 루이르그랑에 입학하여 14세에 수학에 대한 깊은 관심을 갖기 시작했다.[5] 그는 아드리앵마리 르장드르의 《기하학 원론》을 소설처럼 읽고 내용을 숙지했으며,[53] 조제프루이 라그랑주의 저작들을 탐독하며 독학으로 수학적 지식을 쌓았다. 그러나 학교 수업에는 흥미를 잃었다.[4]1828년 에콜 폴리테크니크 입학 시험에 응시했으나, 구두 시험에서 설명을 제대로 하지 못해 낙방했다.[4] 같은 해, 에콜 노르말 쉬페리외르(당시 이름은 에콜 프레파라투아르(École préparatoire프랑스어))에 입학했다.
1829년 연분수에 관한 첫 논문을 발표했고,[7] 같은 시기에 다항 방정식에 대한 연구를 시작했다. 프랑스 과학 아카데미에 두 편의 논문을 제출했으나, 오귀스탱 루이 코시는 출판을 거절했다. 그러나 코시는 갈루아의 연구가 중요하다는 것을 인지하고, 두 논문을 하나로 합쳐 아카데미 수학상을 받을 수 있도록 제안했다.[8]
같은 해 7월 28일, 갈루아의 아버지가 자살하는 사건이 발생했다.[9] 며칠 후, 갈루아는 에콜 폴리테크니크 입학 시험에 다시 응시했으나, 아버지의 죽음으로 인한 심란한 마음과 시험관을 당황하게 할 정도의 논리적 비약으로 인해 또다시 낙방했다.[4]
이후, 에콜 노르말 쉬페리외르 입학 시험을 치러 합격했다.[9] 그는 방정식 이론에 대한 논문을 여러 차례 제출했으나, 조제프 푸리에의 사망으로 논문이 분실되는 등[9] 생전에 출판되지 못했다.
2. 3. 공화주의 운동과 투옥
7월 혁명 전후 프랑스의 격동적인 정치 상황 속에서 갈루아는 급진 공화주의 운동에 적극 참여했다. 에콜 노르말 쉬페리외르 교장을 비판하는 글을 〈가제트 데제콜〉(La Gazette des Écoles프랑스어)에 기고하여 퇴학당했다.[59] 공식 제적은 1831년 1월 4일에 이루어졌지만, 갈루아는 편지 사건 직후 학교를 그만두고 국가방위군 포병대에 가입하여 수학과 정치 집회에 몰두하였다.1830년 12월 31일, 국가방위군 포병대는 정부를 약화시키려 한다는 이유로 해산되었고, 갈루아는 국가 전복 음모 혐의로 체포되었다가 1831년 4월에 석방되었다.[60] 1831년 5월 9일, 포병대원들은 명예 회복 기념 연회에서 단도를 잔에 대면서 국왕 루이 필리프 1세에게 건배를 하여 왕을 위협했다는 혐의로 다음 날 체포되었다가 6월 15일 무죄 판결을 받고 석방되었다.[60]
1831년 7월 14일 바스티유의 날, 갈루아는 국가방위군 포병대 제복을 입고 무장한 채 공화주의 시위를 주도하다 다시 체포되어 6개월 금고형을 선고받았다.[61] 1832년 4월 29일까지 수감되었으며, 이 기간 동안에도 수학 연구를 계속했다.
2. 4. 결투와 죽음
갈루아는 1832년 5월 30일 아침, 석연찮은 이유로 결투를 하게 되었다. 기록에 따르면 명사수 데르벵빌이 스테파니와 갈루아가 사랑에 빠졌음을 눈치채고 결투를 신청했다고 한다.[55] 갈루아가 결투를 피하지 않은 이유에 대해서는 여러 추측이 있지만, 결투 5일 전 친구 슈발리에에게 보낸 편지에서 이루어지지 않은 사랑 때문에 결투를 하게 되었다고 밝혔다.[55]몇몇 조사에 따르면 갈루아가 사랑했던 여인의 이름은 스테파니펠리시 포트랭 뒤 모텔(Stéphanie-Félicie Poterin du Motel프랑스어)이었다.[63] 그녀는 갈루아가 생애 마지막 한 달간 머물렀던 여관 주인의 딸이었다. 갈루아가 쓴 편지에는 뒤 모텔의 이름을 지웠던 흔적이 남아있다.[63] 갈루아가 뒤 모텔이 겪은 어떤 문제를 해결해주려다 결투에 연루되었다는 추측도 있다. 에릭 템플 벨(Eric Temple Bell영어)은 갈루아가 왕당파와 경찰이 관련된 정치적 사건에 휘말렸다고 주장했다.[61] 그러나 마리오 리비오는 갈루아가 결투 전날 자신의 정치적 동지들에게 쓴 편지를 공개하며, 결투 상대가 오히려 공화주의자였다는 점을 시사했다.[64]
갈루아는 이 편지 외에도 모든 공화주의자 동지에게 보내는 편지와 슈발리에에게 보내는 편지를 남겼다. 슈발리에에게 남긴 편지에는 그동안 연구했던 수학 이론에 대한 간략한 정리가 들어 있었다. 갈루아는 이 편지에서 야코비나 가우스에게 자신의 정리들이 얼마나 중요한지에 대한 평가를 부탁하며, 훗날 사람들이 이 내용을 해석할 필요가 있을 것이라고 당부했다.[64]
1832년 5월 30일, 갈루아는 권총 결투에서 오른쪽 복부에 총상을 입고 총알이 내장을 뚫고 들어가 왼쪽 둔부에 박혔다. 갈루아의 남동생 알프레드가 그를 코친 병원으로 데려갔으나, 의사는 가망이 없다고 판단했다. 갈루아는 남동생에게 "울지 마, 알프레드! 20살 나이에 죽으려면 있는 용기 없는 용기 다 짜내야 하니까!"라고 말했다. 다음 날 갈루아는 사망했고, 6월 1일 사망확인서가 발급되었다.[64]
알렉상드르 뒤마는 갈루아와 결투를 벌인 사람이 페쇠 데르뱅빌(Pescheux d’Herbinville프랑스어)이라고 주장했다.[65] 그러나 다른 기록에 따르면, 결투 상대는 갈루아의 공화주의자 친구 에르네스트 뒤샤텔레였을 가능성도 있다.[21]
갈루아의 장례식에는 2000여 명의 인파가 몰려들었고, 경찰과 갈루아의 동료들 사이에 난투극이 벌어졌다.
3. 수학적 업적
갈루아는 추상대수학, 특히 군론과 갈루아 이론의 기초를 확립하여 현대 수학에 지대한 영향을 미쳤다. 군이라는 용어를 처음 사용하고 그 개념을 정립하였으며, 정규 부분군과 유한체(갈루아 체)를 처음으로 도입하는 등 군론의 기초를 마련하였다. 또한, 순열군을 이용해서 주어진 방정식의 해들이 서로 어떻게 대응되는가를 기술하고, 이를 이용해서 다항 방정식이 거듭제곱근을 해로 갖는 필요충분조건에 대한 판별식을 개발하여 갈루아 이론을 확립하였다.[67]
갈루아는 아벨 적분과 연분수 이론에도 기여했다.[22] 1828년 첫 논문에서[7] 2차 무리수 ''ζ''를 나타내는 정규 연분수가 순환적일 필요충분조건은 ''ζ''가 축소된 무리수일 때임을 증명하는 등 연분수와 관련된 여러 업적을 남겼다.
갈루아의 수학적 유언은 훗날 수학자들에게 중요한 연구 대상이 되는 이론에 대한 착상을 담고 있으며, "'''나에게는 시간이 없다'''"라는 유명한 구절이 이 유서에 포함되어 있다. 그의 수집된 작품은 60여 페이지 분량이지만, 거의 모든 수학 분야에 광범위한 영향을 미친 중요한 아이디어들을 담고 있다.[29][30] 그의 연구는 닐스 헨리크 아벨의 연구와 상당 부분 중복되며, 두 수학자 모두 매우 젊은 나이에 사망했다는 공통점을 갖는다.
갈루아의 업적은 생전에 파리 과학 아카데미를 비롯한 당대의 저명한 수학자들에게 제대로 평가받지 못했다.[36] 게오르크 칸토어가 집합론을 제창하고 나서야 비로소 갈루아 이론이 수학계에 널리 알려지게 되었는데, 이는 갈루아가 이론을 구축한 지 50년이나 지난 후였다.
3. 1. 군론
갈루아는 "군"(프랑스어: groupe)이라는 용어를 처음 사용하고, 군의 개념을 정립하여 군론의 기초를 마련했다. 정규 부분군을 정의하였고,[66] 유한체(갈루아 체)를 처음으로 도입하였다.[12] 소수체 위에서의 일반선형군 GL(v, p)을 정의하고, 그 차수를 계산했다.[58] 사영 특수 선형 군 PSL(2,p)을 구성하고, 이것이 p가 5, 7, 11일 때 단순군이 됨을 밝혔다.[32][33][34][35]3. 2. 갈루아 이론
에바리스트 갈루아의 가장 중요한 수학적 업적은 갈루아 이론의 개발이다. 갈루아는 순열군을 이용해서 주어진 방정식의 다양한 해들이 서로 어떻게 대응되는가를 기술하고, 이를 이용해서 다항 방정식이 거듭제곱근을 해로 갖는 필요충분조건에 대한 판별식을 개발하였다.[67]그는 다항식 방정식의 대수적 해가 다항식의 근과 관련된 순열의 군의 구조, 즉 다항식의 갈루아 군과 관련이 있다는 것을 깨달았다. 그는 방정식의 갈루아 군의 일련의 부분군을 찾을 수 있다면, 즉 각 부분군이 다음 부분군에 정규 부분군이고 아벨 몫을 가지며, 갈루아 군이 가해군이라면 그 방정식이 근호로 풀릴 수 있음을 발견했다. 이것은 이후 수학자들이 방정식론 외에도 많은 다른 수학 분야에 적용한 비옥한 접근 방식임이 증명되었다.[29]
갈루아는 갈루아 이론을 이용하여 닐스 아벨에 의한 "5차 이상의 방정식에는 일반적인 대수적 해의 공식이 없다"라는 정리(아벨-루피니 정리)의 증명을 대폭 간략화했으며, 더 일반적으로 어떤 경우에 주어진 방정식이 대수적인 해의 표시를 갖는지에 대한 특징을 부여했다.
군론은 상대성 이론과 양자역학 등을 엄밀하게 기술하는 도구로 물리학에서 사용될 뿐만 아니라, 이론 전산학에서 갈루아 체가 다용되는 등, 컴퓨터 과학에도 영향을 주고 있다.
이처럼 대수학에서 중요한 역할을 하는 "갈루아 이론"은 현대 수학의 문을 열었을 뿐만 아니라, 20세기, 21세기 과학의 모든 분야에 엄청난 영향을 미치고 있다. 그러나 갈루아의 업적은 당시 파리 과학 아카데미를 시작으로, 가우스, 코시, 야코비와 같은 동시대의 위대한 수학자들에게조차 이해되지 못했고, 생전에 평가받지 못했다.[36]
3. 3. 기타 업적
갈루아는 아벨 적분과 연분수 이론에도 기여했다.[22] 그는 타원 함수 연구에서 가장 일반적인 대수적 미분, 오늘날 아벨 적분이라고 불리는 적분 연구로 넘어갔다. 그는 이러한 적분을 세 가지 범주로 분류했다.1828년 갈루아는 첫 논문에서[7] 2차 무리수 ''ζ''를 나타내는 정규 연분수가 순환적일 필요충분조건은 ''ζ''가 축소된 무리수일 때, 즉 이고, 그 켤레 복소수 가 을 만족할 때임을 증명했다.
갈루아는 이보다 더 많은 것을 보여주었다. 그는 또한 ''ζ''가 축소된 2차 무리수이고 ''η''가 그 켤레 복소수라면, ''ζ''와 (−1/''η'')의 연분수는 모두 순환적이며, 이 연분수 중 하나의 반복 블록은 다른 연분수의 반복 블록의 거울상이라는 것을 증명했다. 기호로 나타내면 다음과 같다.
:
여기서 ''ζ''는 임의의 축소된 2차 무리수이고, ''η''는 그 켤레 복소수이다.
갈루아의 이 두 정리를 통해 라그랑주에게 이미 알려진 결과를 유도할 수 있다. 만약 ''r'' > 1이 완전 제곱수가 아닌 유리수라면,
:
특히, 만약 ''n''이 완전 제곱수가 아닌 임의의 양의 정수라면, √''n''의 정규 연분수 전개는 길이 ''m''의 반복 블록을 포함하며, 여기서 처음 ''m'' − 1개의 부분 분모는 회문 문자열을 형성한다.
4. 사후 평가 및 영향
갈루아의 수학적 업적은 그의 사후 조제프 리우빌에 의해 재조명되었다. 리우빌은 갈루아의 논문을 이해하려고 노력했고, 1846년 자신이 편집하는 학술지인 『순수 · 응용 수학 잡지』(''Journal de mathématique pures et appliquées'')에 게재하였다.[36] 리우빌은 당시 갈루아가 생전에 인정받지 못한 이유는 간결하게 정리하려는 의식이 지나쳐 명쾌함이 부족했기 때문이라고 분석했다.
리하르트 데데킨트는 1855년부터 1857년까지 괴팅겐 대학교에서 갈루아 이론에 관한 최초의 강의를 했다.[48] 카미유 조르당은 1870년에 발표한 저서 『치환과 대수 방정식론』(''Traité des substitutions et des équations algebraique'')에서 갈루아 이론을 포괄적으로 해설했는데, 조르당은 그 서문에서 "본서는 갈루아의 여러 논문의 주석에 지나지 않는다"라고 말했다.
갈루아 이론은 추상대수학의 핵심 이론으로 자리 잡았으며, 대수학뿐만 아니라 정수론, 기하학 등 다양한 수학 분야에 응용되고 있다. 그의 이론은 군론을 통해 물리학의 상대성 이론과 양자역학을 엄밀하게 기술하는 도구로 사용되며, 컴퓨터 과학의 갈루아 체 등 현대 과학의 여러 분야에도 큰 영향을 미치고 있다.
5. 논란과 재해석
갈루아의 죽음을 둘러싼 결투에 대해서는 여러 의혹과 논란이 오랫동안 제기되어 왔다. 초기에는 정치적 암살설이 유력하게 제기되었으나, 증거 부족으로 인해 설득력을 잃었다. 최근 연구에 따르면, 결투는 연애 문제와 관련된 개인적인 사건이었을 가능성이 높다.
1962년 우루과이의 수학자 카를로스 알베르토 인판토시는 결투의 원인으로 여겨지던 여성의 정체를 밝혀냈다. 그녀는 스테파니 펠리시 포트랭 뒤 모텔(Stéphanie-Félicie Poterin du Motel|스테파니 펠리시 포트랭 뒤 모텔프랑스어) (1812년 5월 11일 ~ 1893년 1월 25일)[51]이며, 갈루아가 마지막으로 머물렀던 요양소 의사의 딸이었다. 갈루아는 그녀에게 청혼했으나 거절당했고, 이와 관련된 갈등이 결투의 원인이었을 것으로 추정된다. 갈루아 자신이 쓴 편지에는 뒤 모텔의 이름을 지웠던 흔적이 남아있으며,[63] 뒤 모텔이 겪었던 어떤 문제를 해결해주려고 하다가 결투에 연루되었다고 추측되고 있다.[63]
결투 상대에 대해서는 여러 가지 주장이 있었다. 알렉상드르 뒤마는 결투 상대를 페쇠 데르뱅빌(Pescheux d’Herbinville|페쇠 데르뱅빌프랑스어)이라고 지목했으나,[65] 이는 뒤마의 주장일 뿐 확실한 증거는 없다. 1993년 이탈리아의 수학사 연구가 라우라 토티 리가텔리는 갈루아의 죽음에 관한 기사가 게재된 1832년 6월 1일자 리옹의 신문 『선구자』(''Précurseur'')를 발견했다. 이 기사에는 결투 상대가 갈루아의 친구 "L.D."였다는 내용이 담겨 있었다.[52] 최근 연구에 따르면, 갈루아의 공화주의자 친구였던 에르네스트 뒤샤텔레였을 가능성이 제기되고 있다.[21] 당시 신문 기사에서 결투 상대방(이니셜 "L.D."로 식별됨)에 대한 설명은 뒤샤텔레에게 더 정확하게 적용되는 것으로 보인다.[21]
갈루아는 1832년 5월 30일 권총 결투에서 오른쪽 복부에 총상을 입었고,[64] 다음 날 코섕 병원에서 사망했다.[64] 그의 장례식에는 2000여 명의 인파가 몰려들었고, 경찰과 갈루아의 동료들 사이에 난투극이 벌어지기도 했다.
5. 1. 결투의 진상
갈루아의 죽음을 둘러싼 결투에 대해서는 여러 의혹과 논란이 오랫동안 제기되어 왔다. 초기에는 정치적 암살설이 유력하게 제기되었으나, 증거 부족으로 인해 설득력을 잃었다. 최근 연구에 따르면, 결투는 연애 문제와 관련된 개인적인 사건이었을 가능성이 높다.갈루아가 사랑했던 여성은 스테파니 펠리시 포트랭 뒤 모텔(Stéphanie-Félicie Poterin du Motel프랑스어)이었다.[63] 그녀는 갈루아가 생애 마지막 한 달간 머물렀던 여관 주인의 딸이었다.[63] 갈루아는 그녀에게 청혼했으나 거절당했고, 이와 관련된 갈등이 결투의 원인이었을 것으로 추정된다. 갈루아 자신이 쓴 편지에는 뒤 모텔의 이름을 지웠던 흔적이 남아있으며,[63] 뒤 모텔이 겪었던 어떤 문제를 해결해주려고 하다가 결투에 연루되었다고 추측되고 있다.[63]
결투 상대에 대해서는 여러 가지 주장이 있었다. 알렉상드르 뒤마는 결투 상대를 페쇠 데르뱅빌(Pescheux d’Herbinville프랑스어)이라고 지목했으나,[65] 이는 뒤마의 주장일 뿐 확실한 증거는 없다.
최근 연구에 따르면, 갈루아의 공화주의자 친구였던 에르네스트 뒤샤텔레였을 가능성이 제기되고 있다.[21] 당시 신문 기사에서 결투 상대방(이니셜 "L.D."로 식별됨)에 대한 설명은 뒤샤텔레에게 더 정확하게 적용되는 것으로 보인다.[21]
갈루아는 1832년 5월 30일 권총 결투에서 오른쪽 복부에 총상을 입었고,[64] 다음 날 코섕 병원에서 사망했다.[64] 그의 장례식에는 2000여 명의 인파가 몰려들었고, 경찰과 갈루아의 동료들 사이에 난투극이 벌어지기도 했다.
5. 2. 새로운 자료의 발견
1962년 우루과이의 수학자 카를로스 알베르토 인판토시는 결투의 원인으로 여겨지던 여성의 정체를 밝혀냈다. 그녀는 스테파니 펠리시 포트랭 뒤 모텔(1812년 5월 11일 ~ 1893년 1월 25일)[51]이며, 갈루아가 마지막으로 머물렀던 요양소 의사의 딸이었다.1993년 이탈리아의 수학사 연구가 라우라 토티 리가텔리는 갈루아의 죽음에 관한 기사가 게재된 1832년 6월 1일자 리옹의 신문 『선구자』(''Précurseur'')를 발견했다. 이 기사에는 결투 상대가 갈루아의 친구 "L.D."였다는 내용이 담겨 있었다.[52]
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