아서 스탠리 에딩턴
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1. 개요
아서 스탠리 에딩턴(Arthur Stanley Eddington, 1882-1944)은 영국의 천문학자, 물리학자, 수학자이자 과학 철학자이다. 그는 별의 내부 구조를 연구하고, 핵융합 과정을 예측했으며, 일반 상대성 이론의 실험적 검증에 기여했다. 1919년 일식 관측을 통해 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 지지하는 결과를 얻었으며, 상대성 이론을 대중에게 널리 알리는 데 힘썼다. 또한, 에딩턴 한계를 제시하고, 우주의 기본 상수들을 연구하는 등 다양한 분야에서 업적을 남겼다. 그는 과학과 종교의 관계에 대한 철학적 고찰을 담은 저술을 남기기도 했다.
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| 아서 스탠리 에딩턴 - [인물]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 본명 | 아서 스탠리 에딩턴 |
| 출생 | 1882년 12월 28일 |
| 출생지 | 영국, 컴브리아주, 켄달 |
| 사망 | 1944년 11월 22일 |
| 사망지 | 영국, 케임브리지셔, 케임브리지 |
| 국적 | 영국 |
| 학문 분야 | |
| 분야 | 천체물리학 |
| 모교 | 맨체스터 대학교 트리니티 칼리지 (케임브리지 대학교) |
| 지도 교수 | 에드먼드 테일러 휘태커 앨프레드 노스 화이트헤드 어니스트 윌리엄 반스 로버트 앨프레드 허먼 |
| 지도 학생 | 수브라마니안 찬드라세카르 레슬리 콤리 헤르만 본디 |
| 주요 학생 | 조르주 르메트르 비베르트 더글러스 조지 C. 맥비티 하기와라 유스케 |
| 업적 | |
| 주요 업적 | 시간의 화살 에딩턴 근사 에딩턴 실험 에딩턴의 아핀 기하학 에딩턴 한계 에딩턴 수 에딩턴 밸브 에딩턴-디랙 수 에딩턴-핀켈슈타인 좌표계 에딩턴 항성 모델 에딩턴-스위트 순환 |
| 기타 | 일반 상대성 이론을 영어권에 소개 항성의 물리 과정의 올바른 이론을 처음 구축 |
| 수상 | |
| 수상 내역 | 왕립 학회 로열 메달 (1928년) 스미스상 (1907년) 왕립 천문 학회 골드 메달 (1924년) 헨리 드레이퍼 메달 (1924년) 브루스 메달 (1924년) |
| 서임 | 기사 (1930년) 메리트 훈장 (1938년) |
2. 성장기
에딩턴은 1882년 12월 28일 잉글랜드 컴브리아주 켄덜(Kendal영어)에서 퀘이커 교도 부모인 아서 헨리 에딩턴과 세라 앤 셔우트 사이에서 태어났다.[5]
에딩턴은 별의 내부 구조와 진화 과정을 연구하여 항성 천체물리학의 발전에 크게 기여했다. 1916년 세페이드 변광성의 물리적 메커니즘을 연구하면서, 카를 슈바르츠실트의 복사압 연구를 확장하여 별 내부의 복사압이 중력에 의한 붕괴를 막는 핵심 요인임을 밝혔다.[44] 그는 질량-광도 관계를 통해 거성과 왜성을 포함한 대부분의 별이 이상 기체처럼 행동한다는 사실을 발견했다.
에딩턴의 아버지는 켄덜로 이사하여 스트래몽게이트 학교 교장이 되기 전 랭커셔(랭커셔)의 퀘이커 교육 대학에서 학생들을 가르쳤다. 그는 에딩턴이 태어난 지 2년 후인 1884년 영국을 휩쓴 장티푸스 유행병으로 사망했다. 그의 어머니는 비교적 적은 수입으로 두 아이를 키워야 했다. 가족은 웨스턴슈퍼메어로 이사했고, 에딩턴은 처음에는 집에서 교육받다가 3년 동안 사립 초등학교에 다녔다.
1893년 에딩턴은 브린멜린 학교에 입학했다. 그는 특히 수학과 영문학에서 뛰어난 재능을 보였다. 그의 성적은 1898년 그가 16세가 되었을 때 맨체스터 오언스 대학(후에 맨체스터 대학교가 됨)에 입학할 수 있게 해주었고 장학금도 받게 해주었다. 그는 첫 해에는 여러 과목을 두루 수강했지만, 다음 3년 동안은 물리학을 전공했다. 에딩턴은 그의 물리학과 수학 교사인 아서 슈스터와 호레이스 램의 영향을 크게 받았다. 맨체스터에서 에딩턴은 돌턴 홀에 살았는데, 그는 퀘이커 수학자 J. W. 그레이엄의 지속적인 영향을 받았다. 그는 빠르게 성장하여 여러 장학금을 받았으며, 1902년 물리학 학사(BSc) 학위를 최우수 등급으로 졸업했다.
오언스 대학에서의 성적을 바탕으로 그는 1902년 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지 장학금을 받았다. 케임브리지에서 그의 지도 교수는 로버트 알프레드 허먼이었고, 1904년 에딩턴은 수석 랭글러가 된 최초의 2학년생이 되었다. 1905년 석사 학위를 받은 후 그는 캐번디시 연구소에서 열전자 방출에 대한 연구를 시작했다. 이것은 잘 되지 않았고, 그동안 그는 1학년 공학 학생들에게 수학을 가르치는 시간을 보냈다.
3. 연구 및 업적
에딩턴은 별 에너지의 근원으로 양성자-전자 소멸과 핵융합 과정을 제안했다.[3][4] 특히 1920년에 발표한 논문 "항성의 내부 구조"에서 수소가 헬륨으로 융합하며 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리()에 따라 막대한 에너지를 방출한다는 가설을 제시했다. 이는 핵융합, 열핵 에너지, 그리고 별의 주성분이 수소라는 사실이 밝혀지기 전의 선구적인 통찰이었다.
그의 논문은 다음을 추론했다.
# 각운동량 보존으로 인해 항성의 자전이 빨라져야 하지만, 세페이드 변광성 관측 결과는 그렇지 않았다.
# 소량의 물질이 많은 에너지와 동일하다.
# 헬륨 원자의 질량이 네 개의 수소 원자 질량보다 작으므로, 결합이 일어나면 상당한 에너지가 방출된다.
# 항성에 융합 가능한 수소가 5%만 있어도 항성 에너지 획득을 설명하기에 충분하다.
# 더 무거운 원소도 융합될 수 있다.
이러한 추측은 모두 이후 수십 년 동안 사실로 입증되었다.
에딩턴은 별 내부 온도가 수백만 도에 달해야 함을 보였고, 1924년에는 별의 질량-광도 관계를 발견했다. 그의 연구는 1926년 "항성의 내부 구조"라는 책으로 출판되어 천체물리학 연구의 중요한 자료가 되었다.
1920년대 후반과 1930년대에 에딩턴은 천체물리학 연구를 계속하며, 별의 내부 구조에 대해 연구했다. 그는 축퇴 물리학이 왜성들을 기술하는 문제에 대해 에드워드 아서 밀른과 논쟁을 벌였다.
또한 에딩턴은 일반 상대성 이론을 실험적으로 검증하는 데에도 중요한 역할을 했다. 제1차 세계 대전 중 왕립천문학회 서기관으로서 빌럼 더 시터르로부터 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론 관련 논문을 받아, 영국 과학계에 소개하고 열렬히 지지했다.
아인슈타인이 제시한 일반 상대성 이론 검증 방법은 다음과 같다.[45]
# 수성의 근일점 이동 (이미 관측됨)
# 중력장에서 빛의 휘어짐
# 중력장에서 빛의 적색 편이
에딩턴은 1919년 개기일식 때 프린시페 섬에서 태양 주변 별들의 사진을 촬영하여 빛의 휘어짐을 관측, 아인슈타인의 이론을 입증했다.[46] 이 결과는 전 세계 언론에 대서특필되어 아인슈타인을 유명 인사로 만들었다.
에딩턴은 우주론 연구에도 참여하여 조르주 르메트르의 팽창 우주론과 에드윈 허블의 은하 후퇴 연구를 바탕으로 우주 상수의 중요성을 강조했다. 그는 우주 상수가 아인슈타인의 정적 우주에서 현재의 팽창 상태로 진화하는 데 결정적인 역할을 한다고 보았다.
그는 주어진 질량의 항성이 안정적으로 존재할 수 있는 최대 밝기인 에딩턴 한계(에딩턴 광도)를 정의했다. 이 한계는 일반적으로 태양 질량의 약 120배로 여겨졌으나, R136a1 항성(태양 질량의 265배)의 발견으로 절대적인 것은 아님이 밝혀졌다.[6]
1920년대부터 에딩턴은 양자 이론, 상대성 이론, 우주론, 중력을 통합하는 "기초 이론" 연구에 매진했다. 그는 기본 상수들의 무차원 비율을 분석하는 데 주력했으며, 양성자 질량과 전자 전하가 우주를 구성하는 기본 요소라고 믿었다. 그는 미세 구조 상수를 1/136이라고 주장했으나, 이후 측정값(1/137)과 차이가 드러나면서 에딩턴 수라는 용어가 생기기도 했다.[16]
에딩턴은 "E-수"라고 불리는 대수적 기초를 발견했다고 믿었으며, 이는 시공간을 고차원 구조로 통합하는 시도였다. 그의 이론은 오랫동안 물리학계에서 주목받지 못했지만, 현대 대통일 이론의 기반이 되는 개념들을 포함하고 있다.
그의 연구는 1944년 사망으로 미완성으로 남았고, 사후 1948년 "기초 이론(Fundamental Theory)"이라는 제목으로 출판되었다.
3. 1. 천문 연구
1906년 에딩턴은 그리니치 천문대의 왕실 천문학자 수석 조수로 임명되어, 433 에로스의 사진 건판 시차 분석을 맡았다. 그는 배경 별들의 겉보기 이동을 이용한 새로운 통계적 방법을 개발하여 1907년 스미스상을 수상했다.[44] 1912년 조지 다윈이 사망하자, 에딩턴은 1913년 플루미언 천문학 및 실험철학 교수직에 올랐다. 같은 해 로버트 볼이 사망하자, 이듬해 케임브리지 천문대 전체를 감독하는 자리에 임명되었다. 1914년 5월, 영국학사원 회원으로 선출되었고, 1918년에는 왕립 메달을 수여받았으며, 1926년 베이커 강연을 했다.[44]
에딩턴은 별의 내부를 연구하여 별의 진화 과정을 설명하는 이론을 제시했다. 1916년 세페이드 변광성에 대한 물리적 설명을 조사하면서, 카를 슈바르츠실트의 복사압력에 대한 선행 연구를 확장했다. 그는 별의 붕괴를 막는 요인이 복사 압력임을 보였다. 그는 자신의 모델이 질량-광도 관계를 설명하는 데 유용하며, 거성과 왜성을 포함한 모든 별들이 이상 기체처럼 행동한다는 결론을 도출했다. 그는 별 에너지의 근원으로 양성자-전자 소멸과 핵융합 과정을 추측했다.[3][4]
1920년경, 에딩턴은 논문 "항성의 내부 구조"에서 항성 핵융합 과정의 발견과 메커니즘을 예측했다. 그는 수소가 헬륨으로 융합되어 엄청난 에너지를 방출하는 것이 항성 에너지의 근원이라고 정확하게 추측했다. 이는 핵융합과 열핵 에너지, 항성이 주로 수소로 구성되어 있다는 사실이 발견되기 전의 주목할 만한 발전이었다.
그의 논문은 다음을 추론했다.
# 각운동량 보존으로 인해 항성의 자전이 빨라져야 하지만, 세페이드 변광성 관측 결과는 그렇지 않았다.
# 소량의 물질이 많은 에너지와 동일하다.
# 헬륨 원자의 질량이 네 개의 수소 원자 질량보다 작으므로, 결합이 일어나면 상당한 에너지가 방출된다.
# 항성에 융합 가능한 수소가 5%만 있어도 항성 에너지 획득을 설명하기에 충분하다.
# 더 무거운 원소도 융합될 수 있다.
이러한 추측은 모두 이후 수십 년 동안 사실로 입증되었다.
에딩턴은 별의 내부 온도가 수백만 도에 달해야 함을 설명했다. 1924년 그는 별들의 질량-광도 관계를 발견했다. 그의 모델은 결국 항성 진화 과정을 설명하는 데 유용한 도구로 받아들여졌다. 1920년 마이컬슨이 계산한 별들의 직경이 맞아떨어지자, 그의 모델은 더욱 설득력을 얻었다. 1926년, 그의 이론은 "The Internal Constitution of the Stars"라는 제목으로 발표되었다.
에딩턴은 1920년대와 1930년대에도 천체물리학 연구를 계속하며, 별의 내부 구조에 대해 연구했다. 그는 축퇴 물리학이 왜성들을 기술하는 문제에 대해 에드워드 아서 밀른과 논쟁을 벌였다.
3. 2. 일반 상대성 이론의 실험적 검증
에딩턴은 일반 상대성 이론을 실험적으로 검증하기 위해 노력한 것으로 유명하다. 그는 제1차 세계 대전 당시 왕립천문학회의 비서관직을 맡고 있었는데, 빌럼 더 시터르로부터 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 관련된 편지들과 논문들을 받았다. 당시 영국 과학자들은 특수 상대성이론에 대해 적대적이었지만, 에딩턴은 국제주의자이자 평화주의자였기 때문에 독일 물리학자가 제창한 논문을 읽는 데 거리낌이 없었고, 일반 상대론을 이해할 수 있는 수학적 능력도 갖추고 있었다. 그는 곧 상대론의 열렬한 지지자가 되었다.
아인슈타인은 일반상대성 이론을 발표하면서 이론을 검증할 수 있는 방법으로 세 가지를 제시했다.[45]
# 수성의 근일점이 100년에 43″만큼 궤도상에서 돈다는 것
# 빛이 중력장 속에서 휜다는 것
# 중력장 속에서의 빛의 적색 편이가 일어난다는 것
이 중 수성의 근일점 이동은 이미 관측되었지만, 빛의 휘어짐과 적색 편이는 아직 관측되지 않았다.
영국의 천문학자 프랭크 왓슨 다이슨은 에딩턴에게 1919년에 있을 일식을 관찰하기 위해 두 탐험대를 파견할 것을 제안했다. 이들은 태양의 중력장에 의해 빛이 휘는 정도를 측정하여 아인슈타인의 이론을 검증하고자 했다.
전쟁 직후인 1919년 5월 29일, 에딩턴은 일식을 관측하기 위해 아프리카 근처의 프린시페 섬으로 떠났다. 일식 동안 그는 태양 주위의 별들의 사진을 찍었다. 아인슈타인의 이론에 따르면 태양 근처를 지나는 광선은 태양의 중력장의 영향으로 휘기 때문에, 별들은 실제 위치보다 살짝 이동되어 보여야 했다. 이 효과는 태양의 빛이 별들의 빛을 불분명하게 만들기 때문에 개기일식 때에만 관측할 수 있었다.
에딩턴이 찍은 사진들은 아인슈타인의 이론에 따라 빛이 휨을 보여주었다. 이 소식은 전 세계의 신문들에 주요 기사로 다루어졌고, 아인슈타인은 대중적인 유명 인사가 되었다. 에딩턴은 1919년 탐험과 상대론을 대중화하려는 캠페인에 착수하게 되었다.
하지만 에딩턴이 얻은 관측 자료들은 질이 낮으며, 브라질 세아라주 소브라우(Sobral)에서 동시에 이루어진 관측 자료들을 불합리하게 도외시했다는 주장들이 제기되었다. 그러나 1919년 에딩턴의 자료들은 당대의 천문학자들을 설득하기에는 충분했으며, 브라질 탐험에서의 결과들이 거절당한 이유는 망원경의 결함 때문이었다.[46]
에딩턴은 강연을 통해 일반인과 과학자 모두에게 상대성 이론의 개념들을 설명하는 재능을 보였다. 그는 이 강연들을 종합하여 "상대성 이론의 수학적 이론"(1923)을 집필했고, 아인슈타인은 이 책을 칭찬했다.
일반적으로 에딩턴의 관측은 중력장에 의한 빛의 굴절이 아인슈타인의 일반상대성이론에 대한 증거로 제시된다.
광행차 현상은 달리는 자동차에서 빗줄기를 보면 이해하기 쉽다. 달리는 자동차에서 정면의 빗줄기는 수직으로 떨어지지 않고 비스듬히 자신을 향해 떨어진다. 이처럼 빛을 관측자의 방향으로 직진한다고 가정했을 때, 관측자의 속도를 뺀 속도 벡터 방향으로 별이 보이는 현상을 광행차라고 부른다.
지구가 공전궤도의 위쪽에 있을 때 밤에 c 위치에 있는 별은 지구의 공전에 의해 a 방향에 있는 것으로 관측된다. 6개월 후 지구가 공전궤도의 아래쪽에 있을 때 개기 일식 때 별을 관찰하면, 아인슈타인에 따르면 c 위치의 별에서 나오는 빛은 태양에 의해 휘어지기 때문에 b의 위치에서 빛이 직진해 오는 것으로 느껴진다. 여기에 광행차까지 고려하면 별은의 위치에 있는 것으로 관측될 것이다. 지구가 공전궤도의 위쪽에 있을 때와 달리 아래쪽에 있을 때는 광행차가 지구에 수직으로 입사하는 빛이 아닌 방향과 같이 지구 공전 반대로 비스듬한 방향으로 입사하는 빛에 대해 적용되므로 광행차의 효과는 커진다. 따라서 별들이 6개월 전후에 촬영된 사진을 보면 태양으로부터의 거리가 더 멀다는 사실을 알 수 있다.
3. 3. 우주론
에딩턴은 르메트르의 1927년 논문(팽창하거나 수축하는 우주를 가정)과 허블의 나선 성운의 후퇴에 대한 연구를 알게 되었을 때 우주 상수가 아인슈타인의 정상 상태에서 현재의 팽창 상태로의 우주 진화에 결정적인 역할을 했다고 생각했으며, 그의 우주론적 연구 대부분은 상수의 중요성과 특징에 초점을 맞추었다. '''상대성 이론의 수학적 이론'''에서 에딩턴은 우주 상수를 우주가 "자체 측정"된다는 것을 의미한다고 해석했다.
3. 4. 에딩턴 한계
에딩턴 광도라고도 불리는 에딩턴 한계는 주어진 질량에서 항성이 복사압과 중력의 균형을 이루며 안정적으로 존재할 수 있는 최대 밝기를 의미한다. 일반적으로 태양 질량의 약 120배를 한계로 여겼으나, R136a1 항성(태양 질량의 265배)의 발견으로 이 한계가 절대적이지 않음이 밝혀졌다.[6]
3. 5. 기초 이론
1920년대부터 에딩턴은 양자 이론, 상대성 이론, 우주론, 중력을 통합하는 "기초 이론" 연구에 집중했다. 초기에는 기존의 틀 안에서 연구를 진행했지만, 점차 기본 상수들의 무차원 비율을 구하고 비교하는 숫자적인 분석에 초점을 맞추는 방식으로 변화했다.[15]
그의 기본적인 접근 방식은 여러 기본 상수를 결합하여 무차원 수를 생성하는 것이었다. 대부분의 경우, 이렇게 얻어진 수들은 1040, 그 제곱 또는 제곱근에 가까운 값을 나타냈다. 그는 양성자의 질량과 전자의 전하가 "우주를 구성하는 자연적이고 완전한 명세"이며, 그 값들이 우연적인 것이 아니라고 확신했다. 양자 역학의 발견자 중 한 명인 폴 디랙도 이러한 연구 방향을 추구했는데, 이는 디랙의 큰 수 가설로 알려지게 되었다.[15]
에딩턴의 개념을 약화시킨 것 중 하나는 미세 구조 상수 α였다. 그가 이 값을 측정했을 당시에는 1/136에 매우 가까웠고, 그는 인식론적 이유를 들어 그 값이 정확히 1/136이라고 주장했다. 그러나 이후 측정 결과, 값은 1/137에 더 가까운 것으로 나타났다. 그러자 에딩턴은 자신의 논리를 바꾸어 자유도를 하나 더 고려해야 한다며, 실제 값은 정확히 1/137이며, 이는 에딩턴 수라고 주장했다.[16] 이로 인해 당시 사람들은 그를 "하나 더 추가하는 아서"(Arthur Adding-one)라고 부르기 시작했다.[17] 이러한 태도 변화는 물리학계에서 에딩턴의 신뢰도를 떨어뜨렸다.
에딩턴은 자신이 "E-수"(특정 군 – 클리포드 대수를 나타냄)라고 명명한 기본 물리학의 대수적 기반을 발견했다고 믿었다. 이것은 사실상 시공간을 더 높은 차원의 구조에 통합하는 것이었다. 그의 이론은 오랫동안 일반 물리학계에서 무시되어 왔지만, 유사한 대수적 개념은 현대의 많은 대통일 이론 시도의 기초가 된다. 또한, 에딩턴이 기본 상수의 값, 특히 그 상수에서 유도된 무차원 수에 강조점을 둔 것은 오늘날 물리학의 중심적인 관심사이다.
그는 1944년 사망 전까지 연구를 완료하지 못했고, "기초 이론(Fundamental Theory)"이라는 저서는 사후 1948년에 출판되었다.
4. 인간 에딩턴
에딩턴은 1882년 12월 28일 잉글랜드 켄들(켄들)에서 퀘이커(퀘이커) 교도인 부모 사이에서 태어났다.[5] 그의 아버지는 퀘이커 학교 교장이었으나, 1884년 장티푸스(장티푸스)로 사망했다. 이후 가족은 웨스턴-슈퍼-메어로 이사했고, 에딩턴은 প্রথমে 집에서 교육받다가 예비 학교에 다녔다. 1893년 브린멜린 학교에 입학하여 수학과 영문학에 뛰어난 재능을 보였으며, 1898년 맨체스터 대학교에 장학금을 받고 입학했다.[8]
물리학을 전공한 에딩턴은 아서 슈스터와 호레이스 램 교수의 영향을 받았다. 1902년 물리학 학사 학위를 최우수 등급으로 졸업하고, 케임브리지 트리니티 칼리지 장학금을 받았다.[8] 1904년에는 수석 랭글러가 되었고, 1905년 석사 학위를 받은 후 캐번디시 연구소에서 연구를 시작했다. E. T. 위태커의 추천으로 그리니치 왕립 천문대에서 일하게 되면서 천문학 경력을 시작했다.[8]
에딩턴은 과학적 업적 외에도 대중 강연과 저술 활동으로 유명했다. 1920년대와 30년대에는 상대성이론과 양자역학에 관한 수많은 강의, 인터뷰, 라디오 방송을 진행했으며, 이는 "The Nature of the Physical World"와 "New Pathways in Science" 등의 책으로 출판되었다. 그는 과학과 종교의 조화, 불확정성 원리가 인간의 자유 의지에 미치는 영향 등을 탐구했다. 특히 알베르트 아인슈타인을 비롯한 결정론자들에 맞서 양자역학에서의 불확정성 원리는 숨겨진 변수가 아닌 자연 자체의 비결정성 때문이라고 주장하며 비결정론을 옹호했다.
1944년 11월 22일 케임브리지에서 암으로 사망한 에딩턴의 시신은 화장되어 어머니 묘에 안치되었다.[27] 케임브리지 대학교의 노스웨스트 케임브리지 개발 지역은 그의 업적을 기리기 위해 에딩턴으로 명명되었다.
4. 1. 실버스타인과의 일화
1919년 11월 6일 왕립 학회 회의에서 에딩턴은 자신을 상대론 전문가라고 생각하는 루드윅 실버스타인(Ludwig Silberstein)을 만났다. 실버스타인은 에딩턴을 상대성이론을 이해한 세 명 중 한 명으로 언급하며(나머지 둘은 아인슈타인과 자신), 에딩턴이 대답을 주저하자 부끄러워하지 말라고 했다. 이에 에딩턴은 "부끄러워하는 것이 아니라, 세 번째 사람이 누구인지 궁금했을 뿐입니다!"라고 재치있게 답했다.[14] 이 일화는 에딩턴의 유머 감각을 잘 보여준다.4. 2. 블랙홀의 존재성에 관한 찬드라세카르와의 논쟁
에딩턴의 모델은 당시 케임브리지 대학교 학생이던 수브라마니안 찬드라세카르와의 유명한 논쟁을 촉발시켰다.[7] 찬드라세카르는 순수하게 수학만을 사용하여 블랙홀의 존재를 암시하였는데, 에딩턴은 수학만으로 유도된 실세계의 현상은 물리적이지 않고 불합리하다며 찬드라세카르의 업적을 인정하려 하지 않았다.[7] 당시 지도적인 입장에 있던 에딩턴은 찬드라세카르를 무자비하게 몰아붙였다고 한다. 이에 기진맥진한 찬드라세카르는 에딩턴이 독단적이며 급진적인 학자라는 생각을 갖게 되었는데, 이는 다른 사람들에게 묘사된 에딩턴의 모습과는 조금 다른 것이었다. 찬드라세카르의 아이디어는 1930년대 후반이 지나면서 에딩턴을 제외한 대부분의 천체물리학자들에게 받아들여지기 시작했다.1930년, 인도 유학생 수브라마니안 찬드라세카르가 처음으로 블랙홀이 존재한다는 것을 이론적으로 지적했을 때, 에딩턴은 그 지적을 제대로 검토하지 않고 무조건 부정했다. 당시 과학계의 거장이었던 에딩턴의 이러한 태도는 큰 영향을 주었고, 찬드라세카르의 지적은 주목받지 못하고 잊혀졌다. 이 사건으로 블랙홀의 본격적인 연구는 1960년대까지 지연되었다.
4. 3. 에딩턴 수
에딩턴은 사이클 선수의 장거리 운행 기록을 나타내는 수로 이름이 남았다. 이 맥락에서 에딩턴 수(E)는 사이클 선수가 E 마일 이상을 달린 날의 수로 정의된다.[16] 예를 들어, 에딩턴 수가 70이라는 것은 사이클 선수가 하루에 70마일 이상을 70회 이상 완주했다는 것을 의미한다. 에딩턴은 자신의 최고 에딩턴 수가 84라고 밝혔다.에딩턴은 또한 미세구조 상수와 관련된 일화로도 알려져 있다. 그는 미세구조 상수의 값이 정확히 1/136이어야 한다고 주장했지만, 이후 측정 결과 1/137에 더 가깝다는 것이 밝혀지자, 자신의 주장을 바꿔 1/137이 정확한 값이며, 이것이 에딩턴 수라고 주장했다.[17] 이 일화는 당시 과학계에서 그의 신뢰도를 떨어뜨리는 계기가 되었다.
5. 에딩턴의 철학
에딩턴은 퀘이커교 신앙에서 영감을 받은 국제주의적이고 평화주의적인 견해를 가진 과학자였다.[8][9] 제1차 세계 대전 당시, 그는 독일 물리학자 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 연구하고 영국에 소개한 주요 인물이었다. 그는 왕립천문학자 프랭크 왓슨 다이슨과 함께 1919년 일식을 관측하여(탐험) 아인슈타인의 이론을 검증하는 데 중요한 역할을 했다.[8][9]
전쟁 중 징병을 거부하고 양심적 병역 거부를 신청했으나, 케임브리지 대학교와 다이슨의 도움으로 군 복무를 면제받고 과학 연구를 계속할 수 있었다.[8] 전쟁 후, 에딩턴은 일반 상대성 이론을 대중에게 알리는 데 힘썼으며, 그의 저서 『상대성이론의 수학적 이론(Mathematical Theory of Relativity)』은 아인슈타인으로부터 "이 주제에 대한 최고의 설명"이라는 찬사를 받았다.
에딩턴은 물리학이 의식을 설명할 수 없다고 믿었으며,[22] 세계의 구성물질이 "마음의 물질(mind-stuff)"이라고 주장하며 관념론적 견해를 제시했다. 그는 물리적 세계와 우리의 마음이 동일한 "물질"로 만들어졌으며, 우리의 마음이 세계와 불가피하게 연결되어 있다고 보았다.[23] 또한 불확정성 원리를 옹호하며, 물리적 객체가 존재론적으로 불확정적인 구성 요소를 가지고 있다고 주장했다. 즉, 양자역학의 불확정성은 숨은 변수 때문이 아니라 본질적으로 비결정적인 성질 때문이라고 보았다.[23]
5. 1. 에딩턴의 철학 관련 집필들
에딩턴은 1920년대와 30년대에 상대성 이론과 양자 역학에 관한 수많은 강연, 인터뷰, 라디오 방송을 진행했다. 이 중 상당수는 『물리적 세계의 본질』(The Nature of the Physical World), 『과학의 새로운 경로』(New Pathways in Science) 등의 책으로 출판되었다. 그의 문학적 비유와 유머는 이러한 어려운 주제들을 대중이 쉽게 이해하도록 도왔다.[26]에딩턴은 자신의 책과 강연에서 과학적 탐구와 종교적 신비주의 사이의 깊은 철학적 조화를 주장했다. 그는 상대성 이론과 양자 물리학의 실증주의적 성격이 개인적인 종교적 경험과 자유 의지에 대한 새로운 공간을 제공한다고 보았다. 다른 영적 과학자들과 달리, 그는 과학이 종교적 명제에 대한 증거를 제공할 수 있다는 생각을 거부했다.[26]
그의 대중 저술은 그를 두 차례의 세계 대전 사이 영국에서 유명 인사로 만들었다. 대표작인 1928년의 『자연계의 본질』(The Nature of the Physical World)에서는 “시간의 화살”의 개요를 제시하고, 물리학과 신비주의를 다루었다. 이 책은 물리학이 신비적인 세계관을 지지한다는 내용으로 오해받기도 했다. 그래서 그는 『과학과 보이지 않는 세계』(Science and the Unseen World)와 『과학의 새로운 길』(The Expanding Universe and Other Essays)에서 자신의 신비주의적, 철학적 사상을 명확히 밝혔다.[43]
에딩턴에 따르면, 고전 물리학은 종교와 대립했지만, 당시의 물리학은 더 이상 종교와 무관심해졌다. 이로 인해 과학과 종교의 장벽이 어느 정도 허물어지고, 정신의 문이 열리게 되었다. 그는 수치적 기호에 한정된 물질적 실재와 나란히 정신적 세계가 존재하며, 진실을 탐구하기 위해 의식을 인식의 자리로 삼아야 한다고 주장했다. 또한, 마음이 경험에 대한 가장 직접적인 것이고, 다른 것은 모두 추론이기 때문에, 실제적이고 구체적인 정신적 측면은 어떠한 상징적 표현으로도 설명할 수 없다고 보았다.[43]
에딩턴의 철학 관련 주요 저서는 다음과 같다.
| 제목 | 출판 연도 | 출판사 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 별과 원자(Stars and Atoms) | 1926년 | 영국 협회, 옥스퍼드 | 링크 |
| 항성의 내부 구조(The internal Constitution of Stars) | 1926년 | 케임브리지대학교 출판부 | ISBN 0-521-33708-9 |
| 기본 이론(Fundamental Theory) | 1928년 | 케임브리지대학교 출판부 | |
| 과학과 보이지 않는 세계(Science and the Unseen World) | 1929년 | 맥밀런 | ISBN 0-8495-1426-6 |
| '팽창하는 우주: 천문학의 대논쟁, 1900-1931(Expanding Universe: Astronomys Great Debate, 1900-1931)'' | 1931년 | 케임브리지대학교 출판부 | ISBN 0-521-34976-1 |
| 물리적 세계의 본질(The Nature of the Physical World) | 1928년 | 맥밀런사 | ASIN 0841438854 |
| 과학의 새로운 경로(New Pathways in Science) | 1935년 | 케임브리지대학교 출판부 | |
| 공간, 시간 그리고 중력: 일반 상대성 이론 개요(Space, Time and Gravitation: An Outline of the General Relativity Theory) | 1920년 | 케임브리지대학교 출판부 | ISBN 0-521-33709-7 |
| 물리 과학의 철학(Philosophy of Physical Science) | 1939년 | 교재 출판사 | ISBN 0-7581-2054-0 |
| 물리 과학의 영역(The Domain of Physical Science) | (미상) | (미상) |
5. 2. 이상주의
에딩턴은 자신의 저서 《물리적 세계의 본질》(The Nature of the Physical World)에서 "세상의 구성물질은 마음의 물질(mind-stuff)이다"라고 썼다.[43] 그는 세상의 마음의 물질은 우리 개인의 의식적인 마음보다는 일반적인 것이며, 공간과 시간에 퍼져 있지 않다고 보았다. 이것들은 궁극적으로 그것으로부터 유래된 순환 체계의 일부라고 설명했다.[43] 또한 우리의 환경에 대한 모든 지식은 신경을 따라 의식으로 전달된 메시지의 형태로 들어온다고 보았으며, 의식은 명확하게 정의되지 않지만 잠재의식으로 희미해진다고 덧붙였다. 그리고 그 너머에는 정신적 본성과 연속적이지만 아직 불확실한 무언가를 가정해야 한다고 주장했다.[43]에딩턴의 관념론적 결론은 그의 인식론에 기반을 두고 있는데, 두 가지 주요 주장에 근거한다.
첫째, 현행 물리 이론에서 직접 유도된다. 상대성이론과 양자물리학에서 에테르와 기본 입자의 행동에 대한 기계적 이론은 더 이상 사용되지 않는다. 에딩턴은 유물론적 형이상학은 구식이 되었으며, 따라서 유물론과 관념론의 이분법이 완전하다고 가정하면 관념론적 형이상학이 필요하다고 추론했다.
둘째, 에딩턴의 인식론에 기반을 두고 있다. 우리가 객관적 세계에 대해 아는 것은 그 구조이며, 객관적 세계의 구조는 우리 자신의 의식에 정확하게 반영된다. 따라서 객관적 세계 또한 "마음의 물질"이라는 것을 의심할 이유가 없으며, 이원론적 형이상학은 증거에 의해 뒷받침될 수 없다고 주장했다.
나아가, 객관적 세계가 비정신적인 것이라고 알 수 없을 뿐만 아니라, 그것이 물질적일 수 있다고 생각할 수도 없다고 보았다. 이원론을 생각하는 것은 객관적 세계에 물질적 속성을 부여하는 것을 의미하는데, 이는 객관적 세계가 물질적 속성을 가지고 있다는 것을 관찰할 수 있다고 전제한다. 그러나 관찰되는 모든 것은 궁극적으로 우리 자신의 의식의 내용이어야 하며, 따라서 비물질적이기 때문에 이는 터무니없는 일이라고 주장했다.
에딩턴은 물리학이 의식을 설명할 수 없다고 믿었다. 그는 빛의 파동이 탁자에서 눈으로, 망막에서 화학적 변화, 시신경에서 전파, 뇌에서 원자 변화로 이어지는 과정에서 의식으로의 최종 도약이 정확히 어디에서 일어나는지는 분명하지 않다고 보았다. 즉, 물리적 세계에서 메시지의 마지막 단계를 알지 못한다고 설명했다.[22]
이언 바버는 에딩턴의 저서를 인용하여, 베르너 하이젠베르크의 불확정성 원리가 "인간의 자유 개념에 대한 옹호"에 대한 과학적 근거를 제공하고, 그의 관념론을 지지한다고 주장했다.
샤를 드 코니크는 에딩턴이 우리의 마음과는 별개로 존재하는 객관적 실재를 믿었지만, "마음의 물질"이라는 구절을 사용하여 세계의 고유한 이해 가능성을 강조했다고 지적한다. 즉, 우리의 마음과 물리적 세계는 동일한 "물질"로 만들어졌으며, 우리의 마음은 세계와 불가피하게 연결되어 있다는 것이다.[23]
에딩턴에 따르면 철학자들에게 잘 알려진 교리 중에 아무도 달을 보고 있지 않으면 달이 존재하지 않는다는 것이 있는데, 그는 이런 맥락에서 사용되는 '존재'라는 단어의 의미를 전혀 알 수 없기 때문에 그 교리에 대해 논의하지 않겠다고 한다. 과학적 세계에는 천문학자 이전에 등장한 달이 있으며, 아무도 보지 않을 때도 햇빛을 반사하고, 질량을 가지며, 지구로부터 24만 마일 떨어져 있고, 1999년에 태양을 가릴 것이라고 설명했다.[23]
1928년의 『자연계의 본질』(The Nature of the Physical World)에서는 시간의 화살의 개요를 제시하고, 물리학과 신비주의를 다루면서, 양자는 전혀 다른 영역을 다룬다고 언급했지만, 물리학이 신비적인 세계관을 지지한다는 내용으로 자주 오해받았다. 그래서 다시 『과학과 보이지 않는 세계』(Science and the Unseen World)와 『과학의 새로운 길』(The Expanding Universe and Other Essays)에서 신비주의자이자 철학자로서의 사상을 밝히고 있다.[43]
에딩턴은 고전 물리학은 종교와 대립했지만, 당시의 물리학은 더 이상 종교와 무관심하기 때문에, 이로 인해 과학과 종교의 장벽이 어느 정도 허물어지고, 정신의 문이 열리게 되었다고 보았다.[43] 또한 수치적 기호에 한정된 물질적 실재와 나란히 정신적 세계가 존재하며, 진실을 탐구하기 위해 의식을 인식의 자리로 삼아 거기서부터 출발하는 자는, 의식을 분광기의 수치를 읽는 장치로 여기는 자와 마찬가지로, 확고한 경험적 사실에 직면하고 있다고 주장했다.[43] 신성과 속세에 대해서는, 마음이 경험에 대한 가장 직접적인 것이고, 다른 것은 모두 추론이기 때문에, 실제적이고 구체적인 정신적 측면은 어떠한 상징적 표현으로도, 적어도 수를 상징으로 표현하는 형태로는 설명할 수 없다고 덧붙였다.[43]
5. 3. 비결정론
알베르트 아인슈타인 등 결정론을 옹호했던 사람들과 달리, 에딩턴이 옹호했던 비결정론은 물리적 객체가 물리학자들의 이해의 인식론적 한계 때문이 아닌, 존재론적으로 불확정적인 구성 요소를 가지고 있다고 말한다. 따라서 양자역학의 불확정성 원리는 숨은 변수 이론 때문이 아니라 본질적으로 비결정적인 성질 때문일 수 있다.[23] 에딩턴은 "양자 이론의 출현으로 인해 물리가 더 이상 결정론적 법칙 체계에 얽매이지 않게 되었다"고 선언했다.[24]에딩턴은 "과학적 진술의 의미는 그것을 검증하기 위해 취해질 단계들을 참조하여 확인되어야 한다"는 논리적 실증주의의 원칙에 동의했다.[25] 대표작인 1928년의 『자연계의 본질』(The Nature of the Physical World)에서는 “시간의 화살”의 개요를 제시한 외에도, 물리학과 신비주의를 다루면서, 양자는 전혀 다른 영역을 다룬다고 언급했지만, 물리학이 신비적인 세계관을 지지한다는 내용으로 자주 오해받았다. 그래서 다시 『과학과 보이지 않는 세계』(Science and the Unseen World)와 『과학의 새로운 길』(The Expanding Universe and Other Essays)에서 신비주의자이자 철학자로서의 사상을 밝히고 있다.[43]
그 내용은 다음과 같다. 고전 물리학은 종교와 대립했지만, 당시의 물리학은 더 이상 종교와 무관심하기 때문에, 이로 인해 과학과 종교의 장벽이 어느 정도 허물어지고, 정신의 문이 열리게 되었다.[43] 수치적 기호에 한정된 물질적 실재와 나란히 정신적 세계가 존재하며, 진실을 탐구하기 위해 의식을 인식의 자리로 삼아 거기서부터 출발하는 자는, 의식을 분광기의 수치를 읽는 장치로 여기는 자와 마찬가지로, 확고한 경험적 사실에 직면하고 있다.[43] 신성과 속세에 대해서는, 마음이 경험에 대한 가장 직접적인 것이고, 다른 것은 모두 추론이기 때문에, 실제적이고 구체적인 정신적 측면은 어떠한 상징적 표현으로도, 적어도 수를 상징으로 표현하는 형태로는 설명할 수 없다.[43]
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Testing relativity from the 1919 eclipse – a question of bias
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