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가장 중요한 과학적 발견
만유인력의 법칙. 과학적 발견의 역사와 본질
지구에 끌린 결과 시체가 땅에 떨어진다는 생각은 전혀 새로운 것이 아닙니다. 예를 들어 플라톤과 같은 고대인은 이것을 알고 있었습니다. 그러나이 매력의 강도를 측정하는 방법은 무엇입니까? 그것은 지구상의 모든 곳에서 동일하며 어디까지 확장됩니까? 다음은 다음과 같은 질문입니다. 뉴턴 - 만유인력 법칙의 저자, 혼란스러운 과학자와 철학자. 세 번째 법칙 발견하기 케플러 정신이 이상해진 것 같은 황홀한 상태에 빠졌습니다. 1619년 케플러는 유명한 "우주의 조화(Harmony of the Universe)"를 출판했는데, 여기에서 그는 뉴턴의 발견에서 한 발짝 떨어져 있었지만 성공하지 못했습니다. 케플러는 행성의 움직임을 상호 인력에 기인했을 뿐만 아니라 "제곱 비율"(즉, 거리의 제곱에 반비례하는 작용)의 법칙도 받아들일 준비가 되어 있었습니다. 아아, 그는 곧 그것을 포기하고 매력이 거리의 제곱이 아니라 거리 자체에 반비례한다고 가정했습니다. 케플러는 자신이 발견한 행성 운동 법칙의 기계적 원리를 확립하지 못했습니다. 이 분야에서 뉴턴의 직계 전임자는 그의 동포 길버트, 특히 훅이었습니다. 1660년에 Gilbert는 On the Magnet을 출판했는데, 여기에서 그는 달에서 지구의 작용을 철에 대한 자석의 작용과 비교했습니다. 그의 죽음 이후에 출판된 길버트의 또 다른 저작에서 지구와 달은 마치 두 개의 자석처럼, 그리고 질량에 비례하여 서로에게 영향을 미친다고 합니다. 그러나 진실에 가장 가까운 사람은 동시대 인물이자 뉴턴의 라이벌인 로버트 훅이었다. 21년 1666월 XNUMX일, 즉 뉴턴이 처음으로 천체 역학의 비밀을 깊이 탐구하기 직전에 Hooke는 런던 왕립 학회 회의에서 거리에 따른 중력의 변화에 대한 자신의 실험 보고서를 읽었습니다. 지구 중심을 기준으로 낙하하는 물체. 그의 첫 번째 실험의 불만족을 의식한 Hooke는 진자를 휘두르며 중력을 측정하는 아이디어를 내놓았습니다. 이는 최고 수준의 재치 있고 유익한 아이디어입니다. 두 달 후 Hooke는 같은 사회에서 행성을 궤도에 유지하는 힘이 진자의 원형 운동을 생성하는 힘과 유사해야 한다고 보고했습니다. 훨씬 후에, 뉴턴이 이미 출판을 위해 그의 위대한 작업을 준비하고 있을 때, 훅은 뉴턴과는 독립적으로 "행성의 운동을 제어하는 힘"이 "거리에 대한 일부 의존성"에서 변해야 한다는 생각에 도달했고, 다음과 같이 선언했습니다. 이 시작을 기반으로 "우주의 전체 시스템을 구축"할 것입니다. 하지만 여기서 재능과 천재의 차이가 드러났다. Hooke의 행복한 생각은 유아기에 남아있었습니다. 그는 자신의 가설에 대처할 힘이 없었고 발견의 우선 순위는 Newton에게 있습니다. 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1642~1726)은 링컨셔의 울소프에서 태어났다. 그의 아버지는 아들이 태어나기 전에 세상을 떠났다. Newton의 어머니인 nee Aiskof는 남편이 사망한 직후 조기 출산을 했으며, 새로 태어난 아이작은 눈에 띄게 작고 허약했습니다. 그들은 아기가 살아남지 못할 것이라고 생각했습니다. 그러나 뉴턴은 잘 익은 노년까지 살았고, 단기 장애와 한 가지 심각한 질병을 제외하고는 항상 건강이 두드러졌습니다. 재산 상태 측면에서 뉴턴 가족은 중산층의 농민 수에 속했습니다. 이삭은 자라서 초등학교에 배정되었습니다. XNUMX세가 되자 소년은 그랜섬에 있는 공립학교에 다니기 시작했습니다. 약 XNUMX년 간 간헐적으로 살았던 약사 클라크와 함께 아파트에 입주했다. 약사 생활은 그에게 처음으로 화학을 공부하고 싶은 열망을 불러일으켰습니다. 5년 1660월 1665일, 뉴턴이 아직 XNUMX세가 되지 않았을 때 그는 트리니티 칼리지에 입학했습니다. 케임브리지 대학교는 그 당시 유럽에서 최고 중 하나였습니다. 문헌학 및 수학 과학은 여기에서 동등하게 번성했습니다. 뉴턴은 그의 주요 관심을 수학으로 돌렸습니다. 그러나 동시에 XNUMX년에 그는 미술 학사(언어 과학)를 받았습니다. 그의 첫 번째 과학 실험은 빛의 연구와 관련이 있습니다. 과학자는 프리즘의 도움으로 흰색이 구성 색상으로 분해될 수 있음을 증명했습니다. 박막에서 빛의 굴절을 연구하면서 뉴턴은 "뉴턴의 고리"라고 불리는 회절 패턴을 관찰했습니다. 1666년 케임브리지에서 당시의 관습에 따라 전염병으로 간주되는 전염병이 발생했고 Newton은 그의 Woolsthorpe에서 은퇴했습니다. 이곳에서 책이나 도구 없이 거의 은둔 생활을 하는 마을의 적막 속에서 스물네 살의 뉴턴은 깊은 철학적 성찰에 빠져들었습니다. 그들의 열매는 그의 발견 중 가장 눈부신 발견인 만유인력의 교리였습니다. 여름날이었다. 뉴턴은 야외 정원에 앉아 명상하는 것을 좋아했습니다. 전승에 따르면 뉴턴의 생각은 넘치던 사과가 떨어지면서 중단되었습니다. 그 유명한 사과나무는 후세에 대한 경고로 오랫동안 보관되었습니다. 그리고 마르고 나면 잘려져 벤치 형태의 역사적 기념물이 되었습니다. 뉴턴은 오랫동안 물체가 떨어지는 법칙에 대해 생각해 왔으며 특히 사과가 떨어지면 다시 이러한 생각을 하게 되었을 가능성이 있습니다. 시체는 지구상의 모든 곳에서 같은 방식으로 발생합니까? 예를 들어, 높은 산에서 시체가 깊은 광산에서와 같은 속도로 떨어진다고 주장하는 것이 가능합니까? 그러나 뉴턴은 사과가 떨어지는 비유가 더 이상 의미를 가질 수 없는 이 법칙을 어떻게 발견했을까요? 뉴턴 자신은 수년 후 유명한 케플러 법칙을 연구하여 만유인력의 법칙을 표현하는 수학 공식을 도출했다고 썼습니다. 그러나 이러한 방향으로의 그의 연구는 광학 분야에 대한 그의 연구에 의해 크게 가속화되었을 가능성이 있습니다. 주어진 표면의 "빛의 강도" 또는 "조명의 정도"를 결정하는 법칙은 수학 공식과 매우 유사합니다. 중력을 위해. 간단한 기하학적 고려 사항과 직접적인 경험에 따르면 예를 들어 두 배의 거리에서 양초에서 종이 한 장을 제거하면 종이 표면의 조명 정도가 절반이 아니라 XNUMX 배 감소합니다. XNUMX배 거리 - XNUMX배 등. 이것은 뉴턴 시대에 간단히 "제곱 비율"의 법칙이라고 불렸던 법칙입니다. 더 정확하게는 "빛의 강도는 거리의 제곱에 반비례합니다." 뉴턴과 같은 정신이 이 법칙을 중력 이론에 적용하려는 것은 아주 자연스러운 일이었습니다. 일단 지구에 의한 달의 인력이 지구 위성의 운동을 결정한다는 결론에 도달한 후, 뉴턴은 필연적으로 태양 주위의 행성의 운동에 관한 유사한 가설에 이르렀습니다. 그러나 그의 마음은 검증되지 않은 가설에 만족하지 않았습니다. 그는 계산을 시작했고 그의 가정이 우주의 가장 거대한 시스템으로 바뀌는 데 수십 년이 걸렸습니다. 동시에 뉴턴은 미분 및 적분 미적분학이라는 이름으로 오늘날 알려진 강력한 수학적 방법을 마스터하지 않았다면 그의 뛰어난 아이디어를 개발하고 증명할 수 없었을 것입니다. 정의는 Robert Hooke의 기여에 주목해야 합니다. 따라서 영리한 훅은 뉴턴의 결론을 수정하고 떨어지는 물체가 정확히 동쪽이 아니라 남동쪽으로 치우쳐야 한다고 후자에게 썼다. 그는 Hooke의 주장에 동의했으며 후크가 수행한 실험은 이론을 완전히 확인했습니다. Hooke는 또 다른 Newton의 실수를 수정했습니다. Isaac은 낙하하는 물체가 지구의 움직임과 연결되어 있어서 나선형 선을 나타낼 것이라고 믿었습니다. Hooke는 공기 저항을 고려한 경우에만 나선형 선이 얻어지고 진공 상태에서 움직임이 타원형이어야 함을 보여주었습니다. .지구본. Hooke의 결론을 확인한 후 Newton은 충분한 속도로 던진 물체가 동시에 지구의 중력의 영향을 받아 실제로 타원 경로를 설명할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다. 이 주제를 반영하여 Newton은 중력과 유사한 인력의 영향을받는 물체가 항상 원뿔 단면, 즉 원뿔이 교차 할 때 얻어지는 곡선 중 하나를 설명한다는 유명한 정리를 발견했습니다. 평면(타원, 쌍곡선, 포물선 및 특별한 경우에는 원과 직선). 또한 Newton은 인력의 중심, 즉 움직이는 점에 작용하는 모든 인력의 작용이 집중되는 지점이 설명된 곡선의 초점에 있다고 결정했습니다. 따라서 태양의 중심은 (대략) 행성에 의해 묘사되는 타원의 일반적인 초점에 있습니다. 그러한 결과를 얻었습니다. 뉴턴은 행성의 중심이 타원을 묘사하고 태양의 중심이 궤도의 초점에 있다는 케플러의 법칙 중 하나인 합리적 역학의 원리에 기초하여 이론적으로 추론했다는 것을 즉시 알아차렸습니다. 그러나 뉴턴은 이론과 관찰 사이의 이러한 기본적인 일치에 만족하지 않았습니다. 그는 이론의 도움으로 행성 궤도의 요소를 계산하는 것, 즉 행성 운동의 모든 세부 사항을 예측하는 것이 실제로 가능한지 알고 싶었습니다. 처음에 그는 운이 좋지 않았습니다. John Conduitt는 이에 대해 다음과 같이 기술합니다. "1666년 그는 다시 케임브리지를 떠나 링컨셔에 있는 그의 어머니에게로 갔습니다. 그리고 정원에서 명상을 하고 있는 동안 그에게 일어난 중력의 힘(사과가 지구에 떨어지는 것)은 지구로부터의 특정 거리에 국한되지 않고 일반적으로 생각되는 것보다 훨씬 더 멀리 그 힘이 확장되어야 합니다. 왜 그는 달에 대해 스스로에게 말했습니다. 그렇다면 이것이 달의 움직임에 영향을 미치고, 아마도 그것을 궤도에 유지한 후 그는 그러한 가정의 효과가 무엇인지 계산하기로 결정했지만 그 당시에는 책이 없었기 때문에 Norwood가 지구를 측정하기 전에 지리학자와 우리 선원들 사이에서 일반적으로 사용되었던 명제를 사용했습니다. , 즉 지구 표면의 위도 60도에는 XNUMX영국 마일이 포함되어 있습니다. 계산은 그의 이론과 일치하지 않았으며 중력과 함께 힘의 혼합물 그리고 달, 그녀가 회오리 바람에 의해 그녀의 움직임으로 운송된다면 ... " 타원 운동 법칙에 대한 연구는 뉴턴의 연구를 크게 발전시켰습니다. 그러나 계산이 관찰과 일치하지 않는 한, Newton은 여전히 그를 피하면서 이론의 오류 또는 불완전성의 존재를 의심했을 것입니다. 1682년이 되어서야 Newton은 프랑스 과학자 Picard가 얻은 보다 정확한 자오선 데이터를 사용할 수 있었습니다. 자오선의 길이를 알고 있는 Newton은 지구의 지름을 계산하고 즉시 이전 계산에 새 데이터를 입력했습니다. 그의 가장 큰 기쁨으로 과학자는 그의 오래된 견해가 완전히 확인되었다고 확신했습니다. 물체를 지구로 떨어뜨리는 힘은 달의 움직임을 제어하는 힘과 정확히 같은 것으로 밝혀졌습니다. 이 결론은 뉴턴에게 그의 과학적 천재성의 최고의 승리였습니다. 이제 그의 말은 완전히 정당화되었습니다. "천재는 특정 방향에 집중된 생각의 인내입니다." 그의 모든 깊은 가설, 장기적인 계산이 올바른 것으로 판명되었습니다. 이제 그는 하나의 간단하고 위대한 원리에 기초하여 우주의 전체 체계를 창조할 가능성을 완전히 그리고 마침내 확신하게 되었습니다. 하늘을 떠도는 달, 행성, 심지어 혜성의 가장 복잡한 움직임은 모두 그에게 분명해졌습니다. 태양계의 모든 몸체, 아마도 태양 자체, 심지어 별과 항성계의 움직임을 과학적으로 예측하는 것이 가능해졌습니다. 1683년 말, 뉴턴은 행성의 운동에 대한 일련의 정리 형태로 그의 시스템의 주요 원리를 마침내 왕립 학회에 전달했습니다. 그러나 이 발견의 영광 중 적어도 일부를 자신에게 돌리려는 부러워하는 사람들이 있기에는 이론이 너무 훌륭했습니다. 의심할 여지 없이 당시의 영국 과학자 중 일부는 뉴턴의 발견에 매우 근접했지만, 문제의 어려움을 이해한다고 해서 문제가 해결되는 것은 아닙니다. 유명한 건축가이자 수학자인 크리스토퍼 렌(Christopher Wren)은 행성의 운동을 "원래의 운동과 연결된 태양의 물체 낙하"로 설명하려고 했습니다. 천문학자 Halley는 케플러의 법칙이 거리의 제곱에 반비례하는 힘의 작용으로 설명될 수 있다고 가정했지만 그는 이것을 증명할 수 없었습니다. Hooke는 The Elements에 포함된 모든 아이디어가 이미 백 번 제안되었다고 왕립 학회 회원들에게 확신을 주었습니다. 이전에 그에 의해 설명되지 않은 것들은 잘못된 것입니다. 호이겐스 입자의 상호 중력에 대한 아이디어를 완전히 그리고 단호하게 거부하여 신체 내부에만 중력의 존재를 허용했습니다. 라이프니츠 베르누이와 카시니도 와류에 대해 완고하게 이야기하면서 행성의 운동이 어떤 미묘한 소용돌이 치는 유체에 의해서만 설명될 수 있다고 주장하면서 직선 경로에서 행성을 떨어뜨렸습니다. 그러나 소음은 점차 줄어들었고 만유인력 발견의 영광은 당연히 아이작 뉴턴에게 돌아갔다. 저자: Samin D.K.
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