아리스토텔레스와 프톨레마이오스의 지동설과 천동설
아리스토텔레스와 프톨레마이오스의 지동설과 천동설
좀 더 구체적으로 아리스토텔레스에 대해서 알아보겠습니다. 아리스토텔레스는 한마디로 말해서 과학적 방법의 시조라고 얘기할 수 있습니다. 관찰과 경험을 중시했기 때문인데요. 그런데 아리스토텔레스는 오늘날의 과학의 관점에서 보면, 한계가 있습니다. 구체적인 실험을 하지 않았다는 것인데요. 관찰과 실험이 어떤 차이가 있는지에 대해서는 뒤에서 다시 말씀을 드리도록 하겠습니다.
아리스토텔레스
아리스토텔레스는 관찰은 중시했지만, 실험은 하지 않았다, 이렇게 말씀드릴 수 있다는 거죠. 그리고 아리스토텔레스는 모든 것은 목적이 있다는 이런 목적론적인 사고방식을 가지고 있었습니다. 예를 들자면, '돌멩이가 왜 있느냐? 돌멩이가 존재하는 목적이 있다. 돌멩이는 왜 밑으로 떨어지느냐? 밑으로 떨어지는 목적이 있다. 본성이 있다. ' 이렇게 생각을 한 것이죠. 그래서 모든 것은 목적이 있기 때문에 그 목적에 맞도록 설명을 끼워 맞출 수 있는 거죠. 이런 것이 오늘날 과학의 관점에서 보면, 약간 아쉬운 점이라고 말씀드릴 수 있는데요. 그리고 목적론적인 사고방식, 그래서 그 목적에 모든 것을 맞춰서 현상을 설명하다 보니까 결국 관찰을 해도 피상적인 관찰에 머무를 수밖에 없지 않았을까 생각합니다. 그래서 이런 피상적인 관찰을 바탕으로 해서 잘못된 결론에 도달하게 되는 것이죠. 예를 들면, 우리가 주변에 보는 모든 현상들은 이런 것입니다. 어떤 물체를 우리가 밀었을 때 물체가 움직이죠. 물론 우리가 밀었기 때문에, 우리가 힘을 주었기 때문에 물체가 움직입니다. 그런데 그 문제는 움직이다가 우리가 더 이상 힘을 주지 않으면 얼마 안 가서 정지하고 말게 되죠. 그래서 아리스토텔레스는 '어떤 물체는 정지해 있는 것이 자연스러운 것이고 거기에 힘이 작용하지 않으면 멈추는 것이다. ' 이런 식의 주장을 했습니다. 또한 '물체는 무거우면 무거울수록 빨리 떨어진다. '라고 주장했습니다. 이것도 생각해 보면, 당연한 것처럼 보이죠. 예를 들어서 아주 가벼운 종이가 있고 그리고 무거운 쇠공이 있다고 생각을 해보죠. 그럴 때 종이와 쇠공을 놓고 떨어뜨리면, 당연히 쇠공이 더 빨리 떨어지게 됩니다. 그러므로 아리스토텔레스의 주장이 옳은 것처럼 보이죠. 하지만 뒤에 보시겠지만, 이것이 과학적 사실은 아닙니다. 또한 아리스토텔레스는 천상의 세계는 지상의 세계와 달리 완벽하기 때문에 거기에서는 아무런 힘이 작용하지 않아도 그 완벽한 도형인 원운동을 한다고 생각했습니다. 천상의 세계에 있는 달과 별과 태양, 이런 것들이 하늘을 도는데, 그게 완벽한 도형인 원운동이라는 것이죠. 그리고 이 이후에 소위 말하는 천동설, 즉 이걸 지구 중심설이라고도 합니다.
프톨레마이오스
이 천동설을 완성한 사람이 프톨레마이오스입니다. 프톨레마이오스는 2세기에 <알마게스트>라고 불리는 책을 저술한 것으로 알려져 있는데요. 이 알마게스트가 본래 책 이름은 아니었다고 합니다. 위대한 책이라고 하는 그런 뜻이라고 하는데요. 그런데 이 책 이름은 아랍 사람들이 그 책을 가져가서 워낙 위대한 책이니까 그렇게 이름을 부르기 시작해서 이렇게 알마게스트로 불렸습니다. 프톨레마이오스는 천체 관측 결과를 굉장히 중시했다고 합니다. 그래서 천체 관측 결과를 설명할 수 있도록 천동설을 정교하게 만들었는데요. 그런데 여러분이 아마 아시겠지만, 오늘날 천동설은 틀린 이론입니다. 그래서 틀린 이론을 가지고 설명을 하려고 하고 그리고 그럼에도 불구하고 천체 관측을 중시했으니까 뭔가 모순되는 게 아니냐고 생각할지 모르겠습니다. 그렇지만 프톨레마이오스가 이 천동설을 아주 정교하게 수정함으로써 그 당시에 관측할 수 있는 그런 천문 현상은 사실상 거의 다 설명할 수 있었습니다. 그러므로 천동설을 그냥 단순히 틀린 이론이라고 하기에는 좀 부족하다고 말씀드릴 수 있죠. 그런데 프톨레마이오스는 또한 천상의 세계는 완벽하다고 생각을 했고요. 그래서 아리스토텔레스처럼 천상의 세계는 우아한 원운동을 해야 한다고 생각했습니다. 그런데 우아한 원운동을 해야 한다고 생각하면, 사실 그리고 그게 본래의 아주 단순하고도 아름다운 천동설인데요. 그런데 그렇게 생각을 하면, 관측 결과를 설명할 수 없습니다. 그래서 프톨레마이오스가 결국 천동설을 수정해서 복잡한 이론으로 만들 수밖에 없었는데요. 예를 들면, 이런 식입니다. 단순히 화성이나 이런 행성들이 지구를 따라서 원운동을 한다고 하면, 뒤에서 보시겠지만, 하늘에 보이는 그런 화성의 운동을 설명할 수 없습니다. 그래서 '이런 단순한 천동설을 수정해서 화성이 단순히 원운동을 하는 것이 아니라 작은 원을 하나 그리면서 거기에서 또다시 큰 원을 그리면서 돈다. ' 이런 식의 복잡한 설명을 했습니다. 그러니까 작은 원, 큰 원 또 약간 더 작은 원. 이런 식의 원을 수 없이 많이 도입하면, 아무리 복잡한 운동이라고 해도 얼마든지 설명할 수 있겠죠. 이런 식으로. 말하자면, 관측 결과를 설명하기 위해서 덕지덕지 이론을 땜질했다고 이렇게까지 얘기할 수 있을지 모르겠습니다. 그래서 아주 지저분한 이론이 됐다고 할 수 있는데요. 13세기에 알폰소 10세라고 하는 스페인 왕이 있었습니다. 왕은 천문학을 대단히 좋아했고 그리고 과학에 지원을 많이 한 왕으로도 알려져 있습니다. 그래서 알폰소 10세가 프톨레마이오스 이론을 배우면서 너무 복잡해서 어려우니까 이런 식의 불평을 한 것으로 알려져 있습니다. '신이 세상을 창조할 때 나랑 상의를 했으면, 더 간단하게 세상을 만들라고 조언했을 텐데 아쉽다. ' 이런 식의 얘기죠. 아리스토텔레스나 옛날 사람들이 처음에 생각했던 그런 천동설이죠. 그런데 방금 말씀드린 것처럼 이러한 간단한 천동설로는 실제 하늘에 보이는 그런 관측 현상을 설명할 수 없었습니다. 예를 들면, 지금 여러분이 화면에 보시는 이 운동은 화성이 실제로 2013년에 밤하늘에 보인 운동인데요. 보시면 아시겠지만, 화성이 한 방향으로 가다가 갑자기 방향을 틀어서 거꾸로 가기 시작합니다. 거꾸로 어느 정도 가다가 다시 본래 방향으로 가는 거죠. 이거는 어느 하루에 일어난 현상이 아닙니다. 이건 매일매일 특정한 시각에, 예를 들면 자정에 화성의 위치를 계속 기록하는 거죠. 그래서 여러 달 동안에 걸쳐서 자정에 화성의 위치를 계속 추적하면, 이게 매일매일 약간씩 바뀌는데, 이런 식으로 한 방향으로 가다가 거슬러가는 때가 있다는 것입니다. 이런 것을 화성의 시운동이라고 하는데요. 이것을 어떤 한 방향으로만 움직인다고 하는 단순한 천동설로는 당연히 설명할 수 없겠죠. 그래서 프톨레마이오스는 어떻게 이걸 설명하려고 했느냐 하면, 소위 말하는 주전원이라고 하는 것을 도입하게 됩니다. 그래서 큰 원이 있고 큰 원에서 다시 화성이 작은 원을 그리면서 그렇게 돌아간다는 것이죠. 그러면 결국 마치 이런 식으로 가다가 뒤로 가는 때가 있죠. 그래서 이렇게 하면, 화성의 시운동을 설명할 수 있다고 이렇게 이론을 만들었습니다. 사실 이것만으로도 부족해서 조금 더 복잡한 이론을 만들게 되는데, 그래도 어쨌든 몇 가지의 원을 도입하고 함으로써 그럭저럭 이런 관측 현상을 설명할 수 있게 되는 것입니다.
지동설은 어떻게 설명할 수 있을까요?
지금 현재 우리가 알고 있는 지동설로는 이걸 굉장히 쉽게 설명할 수 있습니다. 여러분도 아마 다 아시겠지만, 태양이 가운데에 있고 지구는 수성, 금성 다음에 세 번째 행성이죠. 그리고 지구 다음에는 바깥에 화성이 있습니다. 지구가 안쪽에 있고 화성이 바깥에 있는데, 지구가 태양을 훨씬 빨리 돌아갑니다. 그래서 여러분이 그림에서 보시듯이 처음에는 지구가 화성에 뒤쳐져 있다가 곧 화성을 추월하는 일이 벌어집니다. 그런데 그런 과정에서 지구에서 볼 때 겉보기에 마치 화성이 뒤로 물러나는 듯한 그러한 운동을 할 때가 있습니다. 이런 것을 통해서 지동설에서는 아주 간단하게 화성이 뒷걸음질을 치는 그런 것을 설명할 수 있는 것이죠. 비록 우리가 이 화성의 시운동을 천동설로도 설명할 수 있고 지동설로도 설명할 수 있지만, 여러분이 직관적으로 느끼시기에 지동설이 훨씬 간단해 보이죠. 그래서 사실 역사적으로 사람들이 천동설에서 지동설로 넘어갈 때 그 과학자들이 왜 지동설로 넘어갔느냐 하면, 천동설이 이런 관측 현상을 설명할 수 없기 때문이 아니라, 설명할 수도 있지만, 지동설의 설명이 훨씬 간단하기 때문에 지동설로 넘어간 것입니다 이것이 제가 첫 시간에 얘기했던 바로 그 오컴의 면도날이 실제 역사적으로 작동된 그런 사례라고 할 수 있겠습니다.