임페투스

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1. 개요

임페투스는 고대 그리스 시대부터 르네상스 시대까지 물체의 운동을 설명하기 위해 제시된 개념이다. 아리스토텔레스는 물체의 운동을 자연스러운 운동과 강제적인 운동으로 구분하고, 강제 운동은 추진체의 작용이 멈추면 정지한다고 보았다. 이후 히파르코스는 던지는 힘이 물체에 전달되어 소모된다고 주장했으며, 필로포누스는 아리스토텔레스의 이론을 수정하여 물체에 부여된 힘, 즉 임페투스가 운동을 지속시킨다고 보았다. 중세 시대에는 이슬람 과학자 이븐 시나가 임페투스를 지속적인 것으로 보고 공기 저항의 영향을 언급했으며, 장 뷔리당은 임페투스를 질량과 속도의 곱으로 정의하고 낙하 운동에 적용했다. 그러나 르네상스 시대에 갈릴레오 갈릴레이 등의 과학적 발견으로 인해 임페투스 이론은 한계를 드러냈고, 뉴턴 역학의 등장으로 쇠퇴했다. 임페투스는 운동량과 유사한 면이 있지만, 물리적 의미는 다르며, 터널 실험과 같은 사고 실험을 통해 진동 운동을 설명하는 데 기여하기도 했다.

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임페투스
임페투스
분야	물리학, 과학사
관련 인물	요한네스 필로포누스 이븐 시나 알-비트루지 장 뷔리당 니콜 오렘 알베르트 폰 작센 도미니쿠스 데 클라바시오 발터 헤르만 리프 피에르 뒤엠
개요
설명	고전적인 아리스토텔레스의 물리학에서 물체가 움직임을 유지하려면 지속적인 힘이 필요하다고 본 것에 반해, 임페투스 이론은 물체에 가해진 '임페투스'라는 일종의 추진력이 물체의 움직임을 유지시킨다고 주장한다. 이 임페투스는 외부 저항(예: 공기 저항)에 의해 점차 소멸된다고 여겨졌다.
어원	(라틴어, '자극', '추진력'을 의미)
역사
기원	6세기 요한네스 필로포누스는 아리스토텔레스의 운동 이론에 대한 비판을 통해 임페투스 개념의 초기 형태를 제시했다. 그는 물체가 운동을 시작하면 그 운동을 유지하는 어떤 '힘' 또는 '경향'이 주입된다고 주장했다.
발전	11세기 이븐 시나는 필로포누스의 아이디어를 발전시켜, 투사된 물체는 소멸에 저항하는 힘을 얻으며, 그 운동은 외부 요인에 의해 방해받을 때까지 지속된다고 설명했다. 12세기 알-비트루지는 천체의 운동에 임페투스 개념을 적용하기도 했다.
중세 유럽	14세기 장 뷔리당은 임페투스 이론을 더욱 발전시켜, 물체의 속도가 빠를수록 임페투스가 더 많이 주입된다고 주장했다. 그는 또한 임페투스가 공기 저항과 같은 요인에 의해 점차 소멸된다는 개념을 명확히 했다. 그의 제자 니콜 오렘과 알베르트 폰 작센 등도 이 이론을 발전시켰다.
쇠퇴	16세기 이후 갈릴레오 갈릴레이와 아이작 뉴턴 등의 과학자들이 새로운 운동 이론을 제시하면서 임페투스 이론은 점차 쇠퇴했다. 뉴턴의 운동 법칙은 힘, 질량, 가속도 간의 관계를 명확히 설명하여 임페투스 이론의 필요성을 대체했다.
의의
설명	임페투스 이론은 아리스토텔레스의 물리학에 대한 중요한 도전이었으며, 후대 과학 혁명에 기여했다는 평가를 받는다. 특히, 물체의 운동에 대한 새로운 관점을 제시하고, 실험적 연구의 중요성을 강조했다는 점에서 의의가 있다.

2. 임페투스의 역사

2. 1. 고대 그리스

2. 1. 1. 아리스토텔레스의 이론

아리스토텔레스의 물리학은 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스(기원전 384–322)의 저작에 묘사된 자연 철학의 한 형태이다. 아리스토텔레스는 그의 저서 ''물리학''에서, 살아있는 것과 무생물, 천체와 지상, 즉 모든 운동, 양적 변화, 질적 변화 및 실질적 변화를 포함하여 모든 자연물에 적용되는 일반적인 변화의 원리를 확립하고자 했다.

아리스토텔레스는 '물리학'(254b10)에서 던져진 돌과 같은 "강제" 또는 "부자연스러운 운동"과 '천체에 관하여'(300a20)에서 떨어지는 물체와 같은 "자연스러운 운동"의 두 가지 종류의 운동을 설명한다. 강제 운동에서, 추진체가 그 원인을 멈추는 즉시 운동도 멈춘다. 즉, 아리스토텔레스는 마찰을 다루지 않았기 때문에 물체의 자연스러운 상태는 정지 상태이다.

2. 1. 2. 히파르코스의 이론

히파르코스는 던지는 힘이 던지는 순간 물체에 전달되며, 물체가 자유 낙하의 상하 운동을 하는 동안 이 힘을 소모한다고 가정했다. 이는 신플라톤주의자 킬리키아의 심플리키우스의 말에 따른 것으로, 그는 히파르코스의 책 ''아리스토텔레스의 De Caelo 주석'' 264, 25절에서 다음과 같이 인용하고 있다.

"히파르코스는 그의 책 ''무게에 의해 아래로 운반되는 물체에 관하여''에서 던지는 힘이 [흙덩이]를 위로 던져 올릴 때의 상승 운동의 원인이며, 이 힘이 던져진 물체의 힘보다 강한 동안 유지된다고 말한다. 던지는 힘이 강할수록 상승 운동은 더 빨라진다. 그리고 그 힘이 감소하면 상승 운동은 속도가 줄어들면서 계속되다가, 그 물체가 자체 무게의 영향으로 아래로 움직이기 시작할 때까지 이어진다. 이 때 던지는 힘은 어떤 방식으로든 계속 작용하고 있다. 이것이 감소함에 따라 낙하 속도는 증가하며, 이 힘이 완전히 소멸될 때 가장 높은 값을 갖는다."

따라서 히파르코스는 운동하는 힘과 운동하는 물체 사이의 지속적인 접촉이나, 아리스토텔레스가 주장하는 것처럼 공기가 운동의 중간 매개체 역할을 하는 것에 대해 언급하지 않는다.

2. 2. 중세 시대

2. 2. 1. 필로포누스의 이론

필로포누스(Johannes Philoponus)는 6세기 경에 발달했던 기동력설(impetus hypothesis)의 대표적인 인물로, 외부 원인이 있어야만 운동할 수 있다는 아리스토텔레스의 이론에 의문을 품었다. 아리스토텔레스는 포물선 궤적을 그리는 물체의 운동은 공기의 작용에 의한 것이라고 주장했지만, 필로포누스는 충돌이 힘을 전달하며, 이것이 원시적인 관성 이론으로 이어질 수 있다고 보았다. 그러나 당시에는 중력 개념이 없었기 때문에 필로포누스의 기동력설은 아리스토텔레스주의에 굴복했다.

6세기, 요한네스 필로포누스는 아리스토텔레스의 이론을 수정하여, 던져진 물체가 초기 운동을 일으킨 행위자로부터 강제적인 운동에 대한 동력 또는 경향성을 얻고, 이 힘이 운동의 지속을 보장한다고 주장했다. 그러나 그는 이 주입된 덕성이 일시적이며 자기 소모적이라고 보았다.^[5]

필로포누스는 ''아리스토텔레스 물리학에 관하여 641, 12; 641, 29; 642, 9''에서 던져진 돌이 손에서 벗어난 후 뒤따르는 공기에 의해 더 이상 추진될 수 없다는 아리스토텔레스의 설명을 반박했다. 그는 무형의 운동력이 던지는 사람에 의해 투사체에 부여되며, 밀려난 공기는 이 운동에 거의 기여하지 않는다고 주장했다. 그는 빈 공간에서 움직이는 물체가 계속 움직일 것이라고 보았다. 필로포누스는 임페투스에 대해 운동 능력(dynamis)과 운동력(energeia)이라는 두 가지 표현을 사용했는데, 이는 오늘날의 에너지 개념에 가깝지만, 잠재성과 현실성에 대한 아리스토텔레스의 개념과는 다르다.

필로포누스의 부여된 힘에 대한 이론은 아직 관성의 원리로 이해될 수 없다. 그는 추진력의 성질이 외부에서 부여되는 것이 아니라 물체의 내부적 속성이 되었다고 말했지만, 여전히 추진력이 속도에 비례하는 힘이라는 아리스토텔레스의 주장을 받아들였기 때문이다. 그러나 뉴턴 이후의 현대 물리학에서는 속도는 힘이 없을 때에도 지속된다. 윌리엄 오컴은 "움직이는 것은 ... 움직이는 물체가 원래의 발사체로부터 분리된 후, 그것 자체에 의해 움직이는 물체이며, 그것에 있는 어떠한 힘이나 그것과 관련된 힘에 의해서가 아니다..."라고 말하며, "움직이는 모든 것은 다른 것에 의해 움직인다"는 아리스토텔레스의 원리를 거부하며 관성 원리의 첫걸음을 내디뎠다고 평가받는다.

2. 2. 2. 이슬람 과학의 영향

필로포누스가 잊혀지고 난 이후, 11세기에 임페투스의 개념을 다시 꺼내든 사람이 있었다. 페르시아의 이븐 시나는 아리스토텔레스의 이론을 기반으로 하여 물체의 운동의 원동력이 그 물체에 속하지 않는다고 생각했다. 그러나 그는 아리스토텔레스와 달리 공기가 물체의 운동의 매질인 것이 아니라 운동을 방해하는 요소라고 여겼다. 이 때 공기가 저항하는 '숨은 힘의 덩어리'를 가정하였는데, 이것은 12세기 중엽에 알비트루지(알페트라기우스/Alpetragius^la, )가 임페투스라고 명명했다. 임페투스라는 단어는 여기로부터 나온 말이다. 임페투스는 물체 운동의 원동력을 둘러싼 논쟁에서 해답이 되어주었고, 모든 종류의 강압 운동에 내재하는 힘의 덩어리라는 정의를 얻게 되었다. 임페투스는 영원불멸하며 물체에 귀속되지 않기 때문에 충돌 등에 의하여 전파되지는 않는다.^[26]

11세기에 아비센나 (Ibn Sīnā)는 《치유의 책》, 물리학 IV.14에서 필로포누스의 이론을 논의했다.^[6]

Ibn Sīnā는 투척자가 투사체에 임페투스를 부여한다는 데 동의했지만, 진공 상태에서도 쇠퇴할 일시적인 덕목이라고 믿었던 필로포누스와 달리, 이를 지속적인 것으로 보았고 공기 저항과 같은 외부 힘이 소멸을 필요로 한다고 보았다.^[7]^[8]^[9] Ibn Sina는 '힘'과 '경향성'(mayl이라고 불림)을 구분했으며, 물체가 자연스러운 운동에 반대될 때 mayl을 얻는다고 주장했다. 따라서 그는 운동의 지속성은 물체로 전달된 경향성에 기인하며, 그 물체는 mayl이 소진될 때까지 운동할 것이라고 결론지었다. 또한 그는 진공 상태의 투사체는 작용이 가해지지 않으면 멈추지 않을 것이라고 주장했는데, 이는 뉴턴의 관성 개념과 일치한다.^[10] 이 아이디어 (아리스토텔레스적 관점과 달랐음)는 나중에 장 뷔리당에 의해 "임페투스"로 묘사되었으며, 그는 Ibn Sina의 영향을 받았을 수 있다.^[11]^[12]

12세기에 히바트 알라 아불-바라카트 알-바그다디는 필로포누스의 임페투스 이론을 받아들였다. 그의 저서 《무타바르의 책》(Kitab al-Mu'tabar)에서 아불-바라카트는 동체가 움직이는 물체에 폭력적인 경향(mayl qasri)을 부여하며, 이 경향은 움직이는 물체가 동체로부터 멀어질수록 감소한다고 언급했다.^[13] 필로포누스와 마찬가지로, 그리고 이븐 시나와는 달리, 알-바그다디는 mayl이 스스로 소멸된다고 믿었다.^[14]

그는 또한 "하나의 mayl 다음에 또 다른 mayl"이 연속적으로 적용되는 낙하하는 물체의 가속도에 대한 설명을 제시했는데, 이는 활을 쏘는 것과는 달리 하나의 폭력적인 mayl만 적용되는 경우와 달리, 낙하하는 물체 자체가 mayl을 제공하기 때문이다.^[14] 슐로모 파인스에 따르면, 알-바그다디의 이론은

> 아리스토텔레스의 기본적인 동역학 법칙[즉, 일정한 힘이 균일한 운동을 생성한다는 것]을 가장 오래된 부정한 것이며, [따라서] 고전 역학의 기본적인 법칙[즉, 지속적으로 가해지는 힘은 가속도를 생성한다는 것]을 모호하게나마 예견한 것이다.^[14]

장 뷔리당과 작센의 알베르투스는 후에 알-바그다디를 언급하며 낙하하는 물체의 가속도가 증가하는 임페투스의 결과라고 설명했다.^[13]

2. 3. 르네상스 시대

2. 3. 1. 뷔리당의 임페투스 이론

14세기 프랑스의 철학자 장 뷔리당(신은 세상을 창조했을 때, 그가 기뻐하는 대로 각각의 천구를 움직였고, 그들을 움직이면서 그는 그들에게 임페투스를 각인시켜 그들이 더 이상 그를 움직일 필요 없이 움직이도록 했다... 그리고 그가 천체에 각인한 임페투스는 그 이후에 감소하거나 손상되지 않았다. 왜냐하면 천체가 다른 움직임에 대한 경향이 없었기 때문이다. 또한 그 임페투스를 부패시키거나 억누르는 저항도 없었다.^[18]/Jean Buridan}})은 임페투스 개념을 운동 현상을 설명하는데 능동적으로 활용하기 시작했고, 그것의 예가 바로 낙하운동이다. 그는 오늘날 운동량에 해당하는 정의를 유도해내어 질량이 무거울수록, 속도가 빠를수록 힘의 덩어리의 크기가 크다는 아이디어를 생각해내었다. 14세기는 임페투스의 시기였고 많은 운동들은 임페투스에 의해서 설명되었다. 그 예를 들면 대포에서 발사되는 쇠공의 포물선 운동이 있다. 대포로부터 발사되면서 부여받는 임페투스에 의해서 운동한다는 것이다. 쇠공의 임페투스는 쇠공으로 하여금 포물선의 궤적을 그리면서 그 운동을 계속하도록 도와준다. 이와 같이 임페투스는 물체의 운동을 일으키는 원인이자 운동을 하면 존재하는 무언가로서 생각된다. 또한 아리스토텔레스의 이론에서는 찾아볼 수 없는 충돌이라는 개념도 이 설명에서 알 수 있다. 그러나 이러한 뷔리당의 임페투스를 이용한 설명은 이후 르네상스 시기의 과학에 의해 무너지게 된다.^[16]

부리당은 그의 이론에 수학적 값을 부여했다: 임페투스 = 무게 x 속도.

부리당의 입장은 움직이는 물체는 공기의 저항과 임페투스에 반대하는 물체의 무게에 의해 ''만'' 정지될 것이라는 것이었다.^[16] 부리당은 또한 임페투스가 속도에 비례한다고 주장했다. 따라서 임페투스에 대한 그의 초기 아이디어는 현대의 운동량 개념과 여러 면에서 유사했다. 부리당은 자신의 이론을 아리스토텔레스의 기본적인 철학에 대한 수정으로 보았으며, 움직이는 물체와 정지한 물체 사이에 여전히 근본적인 차이가 있다는 믿음을 포함하여 다른 많은 페리파토스 학파의 견해를 유지했다. 부리당은 또한 임페투스가 선형일 뿐만 아니라 원형일 수도 있으며, 천체(예: 천체)가 원을 그리며 움직이게 할 수 있다고 주장했다.

부리당은 아리스토텔레스의 불변의 동인도 플라톤의 영혼도 성경에 없다고 지적했기 때문에, 그는 임페투스 이론을 천체의 영원한 회전에 적용했다. 이는 원래 추진하던 손이 제거된 후에도 오랫동안 계속 회전하는 회전식 맷돌의 형태로 회전 운동에 적용되는 지구상의 예시를 확장한 것이었다.^[17] 그는 천구의 임페투스에 대해 다음과 같이 썼다.

{{인용문^프랑스어

그러나 반대 방향으로 움직이려는 반대 경향이나 외부 저항으로 인한 저항의 가능성을 무시함으로써, 그는 그들의 임페투스가 어떤 저항에 의해서도 손상되지 않았다고 결론지었다.

2. 3. 2. 뷔리당 이후

16, 17세기 과학혁명을 대표하는 아이작 뉴턴이 프린키피아를 펴면서 대부분의 역학 개념이 정립되게 된다. 임페투스가 발전한 14세기와 뉴턴의 시기 사이에 르네상스의 과학이 꽃피어 나름대로 역학의 발전을 꾀했다. 특히 돋보였던 것은 갈릴레오 갈릴레이의 업적인데, 지동설로 대표되는 그의 업적에는 관성, 상대속도와 같은 역학적 개념도 포함되어 있다. 그가 역학적 개념을 설명할 때 사용했던 수식은 비례식인데, 그 이유는 당시에 물리량을 곱한다는 개념이 잘 세워진 것이 아니기 때문이다. 이러한 그의 업적은 이후 뉴턴과 같은 과학자들이 자신의 이론을 수식적으로 정리하는데 기원이 되었다. 또한 르네상스 때 과학적 사유가 발달하게 되면서 천동설과 같이 과학적 증거와 일치하지 않는 이론들은 공격받기 마련이었다. 이에 따라서 임페투스도 르네상스 시기에 활동했던 지식인들의 공격을 피할 수 없었다. 르네상스 과학자들의 의심을 피하기에는 임페투스에는 너무나 큰 논리적 허점이 숨겨져 있었다. 자신의 허점이 노출됨에 따라 결국 물체의 운동을 설명한 새로운 방식이었던 임페투스도 역사 속으로 자취를 감추고 만다.

2. 3. 3. 임페투스 이론의 한계와 몰락

16, 17세기 과학혁명을 대표하는 아이작 뉴턴이 프린키피아를 펴면서 대부분의 역학 개념이 정립되게 된다. 임페투스가 발전한 14세기와 뉴턴의 시기 사이에 르네상스의 과학이 꽃피어 나름대로 역학의 발전을 꾀했다. 특히 돋보였던 것은 갈릴레오 갈릴레이의 업적인데, 지동설로 대표되는 그의 업적에는 관성, 상대속도와 같은 역학적 개념도 포함되어 있다. 그가 역학적 개념을 설명할 때 사용했던 수식은 비례식인데, 그 이유는 당시에 물리량을 곱한다는 개념이 잘 세워진 것이 아니기 때문이다. 이러한 그의 업적은 이후 뉴턴과 같은 과학자들이 자신의 이론을 수식적으로 정리하는데 기원이 되었다. 또한 르네상스 때 과학적 사유가 발달하게 되면서 천동설과 같이 과학적 증거와 일치하지 않는 이론들은 공격받기 마련이었다. 이에 따라서 임페투스도 르네상스 시기에 활동했던 지식인들의 공격을 피할 수 없었다. 르네상스 과학자들의 의심을 피하기에는 임페투스에는 너무나 큰 논리적 허점이 숨겨져 있었다. 자신의 허점이 노출됨에 따라 결국 물체의 운동을 설명한 새로운 방식이었던 임페투스도 역사 속으로 자취를 감추고 만다.

3. 임페투스의 의미

3. 1. 운동량과의 비교

임페투스와 운동량의 수식적인 의미는 (질량)×(속도)로 동일하다. 그러나 그 속에 담긴 물리적 정의와 의미는 크게 다르다. 근대에 이르러 운동 변화의 원인은 힘이라는 것이 밝혀졌지만, 그 이전에는 임페투스가 운동의 근원이라고 생각되었다. 반면 현대적인 의미의 임페투스, 즉 운동량은 물체의 운동 상태를 가리키는 값의 한 종류일 뿐이다. 운동량은 물체의 운동 방향과 질량, 속력을 나타내어 어떤 물체가 어떠한 형태의 운동을 하는지에 대한 종합적인 정보를 내포하고 있다. 이와 같이 물리학에서는 수식적인 형태가 같더라도 그에 대한 해석은 전혀 다르게 나올 수 있다.

4. 낙하 운동에서의 임페투스

4. 1. 뷔리당의 낙하 운동 설명

뷔리당은 '임페투스를 가정하는 경우 왜 무거운 물체가 가벼운 물체보다 빨리 떨어지는 것일까?'라는 물음을 던졌다.^[27]

뷔리당은 물질의 기본 단위로 기본 입자를 가정했다. 이때 실제 물체는 기본 입자들의 결합체이므로 물체의 물질량은 기본입자들의 수에 의해 결정된다. 기본입자의 물질량이 m이라면 N개의 기본입자로 형성된 물체의 물질량은 N*m이다. 물체가 더 많은 물질량을 가질수록 더 많은 임페투스를 받아들이고 더 많은 임페투스를 받아들일수록 물체의 운동속도는 빨라진다. 따라서 무거운 물체가 가벼운 물체보다 수직 아래 방향으로 빨리 가속되어 지표면에 일찍 도달하는 것이다. 이러한 뷔리당의 설명방식으로부터 이 당시의 임페투스는 물질량과 속도에 관련된 값, 즉 (물질량)×(속도)와 같이 생각되는 개념이라고 추정된다. 다만, 이 당시에는 물리량 간 곱셈의 개념이 존재하지 않아서 수식적인 해석은 존재하지 않았다.

4. 2. 뷔리당 이론의 한계

뷔리당의 임페투스 역학은 당대와 후대의 사람들로 하여금 다음과 같은 질문들을 던지게 했다.^[28]

물체가 기본 입자로 이루어져 있다면 기본입자들은 어떻게 물체의 정지와 운동 도중에 물체의 형태를 유지할 수 있을까?
왜 천체와 일반 물체는 서로 다른 운동 법칙을 가지는가? 왜 신은 천체에 적용되는 자연법칙과 일반 물체에 적용되는 임페투스를 따로 만들었는가? 신이 전지전능하다면 모든 자연법칙은 모든 곳에서 성립해야 하지 않는가?

르네상스 범신론자인 죠르다노 브루노와 길버트 등은 이런 의문을 갖고 임페투스 역학이 거짓임을 보이려고 했다. 이런 노력과 함께 17세기 기계론이 등장하면서 임페투스 역학은 사장된다.^[28]

5. 아리스토텔레스의 목적론과 데카르트의 기계론

이원론을 주장한 플라톤에 비해 아리스토텔레스는 다원론자였다. 그는 모든 사물은 질료인, 형상인, 운동인, 목적인의 네 가지 범주로 분석할 수 있다고 보았다. 질료인은 사물을 만드는 재료이고 형상인은 질료인으로 사물을 만들때 모범이 되는 모델이며 운동인은 변화를 가져오게 하는 실제적 힘이고 목적인은 그 사물의 궁극적 목적이다. 그는 모든 사물에는 목적이 있으며 따라서 자연은 목적에 따라 움직이는 목적론적 체계라고 보았다. 이 체계 내에서 모든 실체는 자신의 본질에 의해 허용된 한계 내에서 완전을 위해 노력한다. 즉 목적론적 세계관은 세계가 가만히 있는 것이 아니라 어떤 목적을 향해 끊임없이 나아가고 있다는 것이다. 이 체계가 작용하기 위해서는 모든 만물이 공통으로 지향하는 목적으로서의 완전이 실제로 존재해야 하는데, 그 실체를 "원동자"라고 불렀다. 정리하면 목적론은 세계가 가만히 있는 것이 아니라 어떤 목적을 향해 방향성을 끊임없이 나아가고 있다고 보는 세계관이다.

기계론적 세계관은 목적론과 대립되는 개념으로, 하느님이 세계를 창조하였을 당시 지니고 있던 목적을 알 수 있다고 생각하거나 사물이 인간을 위해서만 존재한다는 생각을 배제한다. 세계의 모든 과정이 필연적이고도 자연적인 인과법칙에 따라 생긴다고 생각하는 이론이다. 기계는 예외가 없고 단순하며 정확하다. 이런 기계적 작용을 온 세상의 사건에 적용시키려는 것이 기계론의 입장이다. 기계론에서 모든 만물은 인과관계에 의해 연관되어 있다. 즉 모든 결과는 원인이 있기 때문에 생겨난다는 것이다.

5. 1. 목적론적 세계관

이원론을 주장한 플라톤에 비해 아리스토텔레스는 다원론자였다. 그는 모든 사물은 질료인, 형상인, 운동인, 목적인의 네 가지 범주로 분석할 수 있다고 보았다. 질료인은 사물을 만드는 재료이고 형상인은 질료인으로 사물을 만들때 모범이 되는 모델이며 운동인은 변화를 가져오게 하는 실제적 힘이고 목적인은 그 사물의 궁극적 목적이다. 그는 모든 사물에는 목적이 있으며 따라서 자연은 목적에 따라 움직이는 목적론적 체계라고 보았다. 이 체계 내에서 모든 실체는 자신의 본질에 의해 허용된 한계 내에서 완전을 위해 노력한다. 즉 목적론적 세계관은 세계가 가만히 있는 것이 아니라 어떤 목적을 향해 끊임없이 나아가고 있다는 것이다. 이 체계가 작용하기 위해서는 모든 만물이 공통으로 지향하는 목적으로서의 완전이 실제로 존재해야 하는데, 그 실체를 "원동자"라고 불렀다. 정리하면 목적론은 세계가 가만히 있는 것이 아니라 어떤 목적을 향해 방향성을 끊임없이 나아가고 있다고 보는 세계관이다.

5. 2. 기계론적 세계관

세상을 보는 두 가지 시각으로는 기계론적 세계관과 목적론적 세계관이 있다.

기계론적 세계관은 목적론과 대립되는 개념으로, 하느님이 세계를 창조하였을 당시 지니고 있던 목적을 알 수 있다고 생각하거나 사물이 인간을 위해서만 존재한다는 생각을 배제한다. 세계의 모든 과정이 필연적이고도 자연적인 인과법칙에 따라 생긴다고 생각하는 이론이다. 기계는 예외가 없고 단순하며 정확하다. 이런 기계적 작용을 온 세상의 사건에 적용시키려는 것이 기계론의 입장이다. 기계론에서 모든 만물은 인과관계에 의해 연관되어 있다. 즉 모든 결과는 원인이 있기 때문에 생겨난다는 것이다.

6. 터널 실험과 진동 운동

잠바티스타 베네데티의 임페투스 이론은 과학사에서 가장 중요한 사고 실험 중 하나인 '터널 실험'을 개발했다.^[21] 이 실험은 진동 운동과 진자 운동을 동역학적 분석과 운동 과학에 처음으로 통합했다. 또한 고전 역학의 중요한 원리 중 하나를 확립했다.^[21] 진자는 17세기에 역학 발전에 매우 중요했다. 터널 실험은 또한 갈릴레오, 호이겐스, 라이프니츠 역학의 보다 일반적으로 중요한 공리적 원리, 즉 물체가 떨어진 높이만큼 다시 올라간다는 중력 위치 에너지의 원리를 낳았다.^[21] 갈릴레오 갈릴레이는 1632년 저서 ''대화''에서 이 기본적인 역학 원리를 다음과 같이 표현했다.

이 가상 실험은 지구 중심을 곧게 통과하여 반대편으로 나오는 터널에 대포알을 떨어뜨리면 중심을 지나 반대 표면에서 처음 떨어진 것과 같은 높이까지 올라갈 것이라고 예측했다. 이것은 중심까지 떨어지면서 지속적으로 축적된 중력에 의해 생성된 임페투스에 의해 위로 밀어 올려질 것이다. 이 임페투스는 대응하는 격렬한 운동을 필요로 하여 중심을 지나 같은 높이까지 상승해야 하며, 이제 중력의 반대 힘이 이전에 그것을 생성하는 데 필요했던 것과 같은 거리에서 모든 것을 파괴해야 한다. 이 변곡점에서 공은 다시 하강하여 원칙적으로 두 개의 반대 표면 사이에서 중심을 중심으로 무한히 앞뒤로 진동할 것이다. 터널 실험은 진동 운동에 대한 최초의 동역학적 모델을 제공했으며, 특히 A-B 임페투스 역학의 측면에서 그러했다.^[22]

이 사고 실험은 실제 세계의 진동 운동, 즉 진자의 동역학적 설명에 적용되었다. 대포알의 진동 운동은 지구를 중심으로 하는 고정된 별들의 덮개에서 매달린 엄청나게 긴 끈의 끝에 매달려 있다고 상상함으로써 진자 추의 운동과 비교되었다. 먼 지구를 통과하는 상대적으로 짧은 궤적은 터널을 따라 실질적으로 직선이었습니다. 실제 세계의 진자는 이 '터널 진자'의 미세한 버전으로 간주되었지만, 훨씬 짧은 끈과 추는 터널의 진동 중간점이 역학적으로 터널의 중심에 동화되면서 터널에 해당하는 호에서 지구 표면 위로 진동했다.

이러한 '수평적 사고'를 통해, 중력 자유 낙하 다음에 반복적인 주기로 격렬한 운동이 일어나는 경우로 간주되었으며, 추는 터널 진자에서 지구의 중심을 대체하는 운동의 수직으로 가장 낮지만 수평적으로 중간 지점을 반복적으로 통과했다. 추의 수평 운동은 먼저 내려가는 동안, 그리고 다시 올라가는 동안 수직선에 대해 정상에 접근하고 벗어나면서 수직이 아닌 수평에 대한 수평 하향 및 상향 운동이 된다.

정통 아리스토텔레스 학자들은 진자 운동을 역학적 이상 현상으로 보았으며, '어렵게 정지하는 것'으로 보았다. 토머스 쿤은 1962년 저서 ''과학 혁명의 구조''에서 임페투스 이론의 새로운 분석에 대해, 원칙적으로 역학적으로 전혀 어려움 없이 떨어지는 것이 아니라, 반복적이고 잠재적으로 끝없는 하향 중력 자연 운동과 상향 중력 격렬 운동의 주기로 떨어진다고 썼다. ^[23] 갈릴레오는 마침내 진자 운동에 호소하여, 이 방식으로 진자 운동을 주기적으로 반복되는 중력 자유 낙하의 경우로 동역학적으로 모델링함으로써 중력 자유 낙하의 속도가 모든 불균등한 무게에 대해 동일하다는 것을 시연했다.^[24]

터널 실험은 보조 임페투스 이론이 없는 정통 아리스토텔레스 역학과 그 H-P 변형이 있는 아리스토텔레스 역학에 반대하여 임페투스 역학을 옹호하는 결정적인 실험이었다. 후자의 두 이론에 따르면, 추는 정상 이상을 통과할 수 없다. 정통 아리스토텔레스 역학에서는 추를 중심으로 끌어당기는 자신의 중력에 반하여 격렬한 운동으로 중심 너머 위로 운반할 힘이 없으며, 추는 거기에서 멈춘다.

따라서 진자 운동은 이 '터널 모델' 유사 추론에 따라 정통 아리스토텔레스 역학과 H-P 임페투스 역학 모두에서 동역학적으로 불가능했다. 이 이론은 자연 운동에서 중심을 향하는 지속적으로 축적되는 하향 임페투스 힘이 중력에 반하여 중심 너머 위로 이동시키기에 충분하도록 획득되며, 자연 운동 이론에서와 같이 처음에는 중심에서 멀어지는 상향 임페투스 힘만 가지는 것이 아니라고 가정했기 때문에 임페투스 이론의 터널 예측에 의해 예측되었다. 따라서 터널 실험은 자연 운동에 대한 세 가지 대안 이론 사이의 결정적인 실험을 구성했다.

아리스토텔레스 운동 과학이 진자 운동에 대한 동역학적 설명을 포함하려면 임페투스 역학이 선호되어야 했다. 또한 기타 진동 운동, 예를 들어 기타와 같은 악기의 팽팽한 현의 정상 주위의 왕복 진동을 설명하려면 더 일반적으로 선호되어야 했다. 중력 터널 실험과 이루어진 유추는 현의 장력이 정상을 향해 당기는 것이 중력의 역할을 했으며, 따라서 튕기면 (즉, 정상에서 멀리 당겨지면) 대포알을 지구 표면으로 당긴 다음 방출하는 것과 같다는 것이다. 따라서 악기 현은 모든 '상향' 임페투스가 파괴될 때까지 정상으로 향하는 임페투스의 교대 생성과 정상을 통과한 후의 파괴의 지속적인 주기로 진동하며, 이 과정은 신선한 '하향' 임페투스의 생성으로 다시 시작된다.

진동의 기원인 패러다임 터널 실험, 즉 진자와 진동 현의 운동의 동역학적 유사성을 가정하는 것은 서로 다른 종류의 운동에 대한 다양한 동역학적 모델의 레퍼토리가 증가하는 중세 아리스토텔레스 역학의 가장 위대한 상상력의 발전 중 하나였다.

갈릴레오의 임페투스 이론 직전, 잠바티스타 베네데티는 선형 운동만을 포함하도록 임페투스 이론을 수정했다.^[25]

7. 임페투스 이론과 한국 과학

참조

_[1] 서적 The Catholic Encyclopedia: An International Work of Reference on the Constitution, Doctrine, and History of the Catholic Church https://books.google[...] Encyclopedia Press
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_[16] 웹사이트 Jean Buridan: Quaestiones on Aristotle's Physics http://brahms.phy.va[...]
_[17] 문서 According to Buridan's theory impetus acts in the same direction or manner in which it was created, and thus a circularly or rotationally created impetus acts circularly thereafter.
_[18] 문서 Questions on the Eight Books of the Physics of Aristotle: Book VIII Question 12 English translation in Clagett's 1959 Science of Mechanics in the Middle Ages p536
_[19] 문서 The distinction between primary motive forces and secondary motive forces such as impetus was expressed by Oresme, for example, in his De Caelo Bk2 Qu13, which said of impetus, "it is a certain quality of the second species...; it is generated by the motor by means of motion,.." [See p. 552 Clagett 1959]. And in 1494 Thomas Bricot of Paris also spoke of impetus as a second quality, and as an instrument which begins motion under the influence of a principal particular agent but which continues it alone. [See p. 639 Clagett 1959].
_[20] 문서 "For the resistance that is in the heavens does not tend to some other motion or to rest, but only to not being moved any faster." Book 2 Chapter 3 Treatise on the heavens and the world
_[21] 문서 See pp. 22–3 and 227 of Dialogo, Stillman Drake (tr.), University of California Press 1953, where the tunnel experiment is discussed. Also see Drake's 1974 translation of the Discorsi (pp. 206–8) on pp. 162–4 where Salviati presents 'experimental proof' of this postulate by pendulum motions.
_[22] 문서 For statements of the relationship between pendulum motion and the tunnel prediction, see for example Oresme's discussion in his Treatise on the Heavens and the World translated on p. 570 of Clagett's 1959, and Benedetti's discussion on p235 of Drake & Drabkin 1959. For Buridan's discussion of pendulum motion in his Questiones see pp. 537–8 of Clagett 1959
_[23] 문서 See pp. 117–125 of the 1962 edition and pp. 118–26 of its 1970 second edition.
_[24] 문서 See pp. 128–131 of his 1638 Discorsi, translated on pp. 86–90 of Drake's 1974 English edition.
_[25] 문서 Giovanni Benedetti, selection from Speculationum, in Stillman Drake and I.E. Drabkin, Mechanics in Sixteenth Century Italy (The University of Wisconsin Press, 1969), p. 156.
_[26] 문서 과학과 철학 - 임페투스(Impetus)
_[27] 문서 흔히 '[[피사의 사탑]] 실험'이라고 알려져 있는 [[갈릴레오 갈릴레이]]의 실험에 의해, 현재에는 이 의문 자체가 거짓이라는 것이 알려져 있다.
_[28] 문서 [[아이작 뉴턴]]이 정립한 [[뉴턴 역학]]에 의해, 이 질문은 질문 자체가 거짓임이 현대에는 알려져 있다.

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