한줄 요약: 사람들이 세상을 해석하는 전제라는 게 절대 빠른 시간에 바뀌지 않음.

 

https://www.dogdrip.net/509247697

이거 읽다가 "이딴걸 누가 믿음 ㄹㅇ ㅋㅋ"라는 표현을 봤는데,

이게 그냥 드립이라고 하기에는 굉장히 일리 있는 평가라서 글을 쓰게 됨.

 

세상을 설명하는 이론의 전제를 바꾸는 게 쉽지가 않음.

일단 저 글에서 이 그림을 퍼와봤는데, 지구를 중심으로 한 원이 주전원이고 그 주전원 위에서 일정한 속도로 움직이는 한 점을 중심으로 부전원이라는 두번째 원이 있어. 천동설에서 모든 천체는 그 부전원 위를 일정한 속도로 움직인다고 생각하지. 우리가 과학시간에 이런 그림을 볼 때는 이걸 학문이 진보하는 과정의 하나로만 대충 보고 넘어가기 때문에 나도 주전원이나 부전원같은 단어만 겨우 기억나는 게 최대인 수준으로 기억하고 있었음. 과학사를 열심히 찾아보는 게 아니면 굳이 옛날에 도태된 이론을 볼 이유가 없으니까. 그래서 이게 천동설의 전부라고 생각했고, "그래도 그 옛날 사람들이 상대적인 운동만 가지고 공전주기는 기가 막히게 잘 계산했구나" 정도 느낀 게 다임.

 

	공전주기(일)	공전주기(년)
수성	88	0.240964
금성	224.7	0.615279
지구	365.2	1
달	27.3	0.074754
화성	687	1.88116
목성	4331	11.8593
토성	10,747	29.4277
천왕성	30,589	83.75958
해왕성	59,800	163.7459

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/

요즘 숫자랑 비교. 단, 저 그림에 있는 숫자가 몇백년 전 계산한 숫자가 아니라 요즘 숫자일 수도 있음. 저 그림이 어느 글이나 책에서 나왔는지 출처 아는 사람 있으면 확인 부탁.

 

여기서 내가 잠깐 어떤 생각을 했냐면, "그렇게 오래 관측이 쌓였으면 최소한 지구에서 바라본 가까운 천체들은 완벽한 원을 따라 움직이는 게 아니라는 게 보일텐데, 혹시 그거 때문에 천동설이 깨졌던가?" 하는 궁금증이 생겼음. 지구는 태양을 타원궤도로 도니까 지구에서 본 태양도 타원궤도로 움직여야 될텐데, 내가 옛날에 책에서 본 천동설은 다 모든 주전원이 지구를 중심으로 하는 원궤도였단 말이지.

 

ㅊㅊ: De Santillana, 1955

근데 그게 아니더라고. 프톨레마이오스면 천몇백년대가 아니라 백몇십년대 사람인데, 그 때 사람들도 이미 태양이 하늘에서 상대적으로 움직이는 속도가 계절에 따라 미묘하게 다르다는 걸 인식하고 있었던 거임. 방구석에 꼬인 파리가 어떻게 생기는지는 정확히 모르던 시절에 하늘에 떠있는 태양이 황도에서 움직이는 속도가 일정하지 않다는 건 무슨 수로 발견한 건가 싶긴 한데, 그때는 천체가 중요했으니까 시간 인력 갈아넣었나봄.

 

ㅊㅊ: https://www.britannica.com/science/Ptolemaic-system

지구랑 천체 하나만 떼다가 크게 만들면 프톨레마이오스의 천동설 모델은 이렇게 생김. 원 위를 일정하게 움직이는 천체가 지구에서 일정하지 않게 보이는 이유는, 우리가 서있는 지구가 그 주전원의 중심에 있지 않기 때문이라고 해버린 거지. 그 시절 사람들의 세계관(觀)으로는 하늘에 떠있는 천체들이 무조건 원을 따라서 움직여야 했음. 원은 완벽한 도형이고, 하늘은 완벽하니, 하늘에 떠있는 천체의 궤도도 원이어야 한다고. 행성들의 궤도는 완벽한 원은 아니지만 원에 매우 가까우니까 원에서 많이 벗어날 정도로 납작한 궤도는 아니고, 저 정도만 해도 지구에서 망원경 없이 올려다본 하늘은 다 설명할 수 있었던 거지. 그거 하나로는 천동설이 끄떡도 안한 거야.

 

우리가 천동설을 보고 "저 많은 동그라미들을 다 합쳐야 겨우 하늘에서 보이는 현상을 설명할 수 있는데, 그럴 거면 지동설이 훨씬 간단하지 않냐"고 할 수 있는 이유는 우리가 "천체는 원을 따라서 움직여야만 한다"라는 옛날 전제에 묶여있지 않은 상태로 지동설을 생각하기 때문에 가능해. 하지만 코페르니쿠스 시절의 지동설은 아직 모든 천체가 원을 따라 움직여야 한다는 전제에서 벗어나지 못했고, 이걸 관측자료 쌓인 거랑 비교해보니까 지구 대신 태양을 중심에 태양계의 중심에 갖다놔도 다른 모든 천체가 움직이는 원의 중심이 태양이 아니거든. 그래서 코페르니쿠스의 오리지널 지동설도 태양 밖에 가상의 점을 공전의 중심으로 설정해놓고 다른 모든 천체들이 이 점을 중심으로 공전하는 걸로 해놨어. 그리고는 복잡함의 막타를 치려는 듯이 지동설에도 천동설의 부전원 비스무리한 걸 붙여버리지. 이것만 봐서는 태양이랑 지구의 위치를 바꾼 것 빼면 천동설이랑 거의 똑같은 수준 아닌가 싶어.

 

내가 저 그림에서 제일 끔찍하다고 생각하는 부분은 달의 궤도야. 코페르니쿠스의 지동설 그림에서 1시 방향에 작은 글씨(EARTH) 적힌 굵은 점이 지구고, 그 주위를 도는 원이 달의 궤도인데, 저기서 그린 달의 궤도는 부전원을 2단으로 쌓아버린 거임. 

이건 천동설 버전인데, 원리는 똑같아. 실제로는 두 천체 다 각자의 타원궤도 위를 움직이는데, 이걸 원으로만 표현하려고 하려면 관측 결과와 모델이 일치하지 않을 것이고, 그 차이를 보정하기 위해 원을 하나씩 더 얹는 거지.

 

https://www.youtube.com/watch?v=qmNtSq2e5eM

그래, 끝없이 원을 쌓아나가다보면 무슨 모양인들 못만들겠어? 코페르니쿠스도 태양계의 중심에 지구 대신 태양을 한번 놔보자 라는 생각만 했지, 그 태양 주의로 원 대신 타원 궤도를 놔보자 라는 생각은 못했던 모양이야.

 

그래서 내가 두 태양계 모델의 풀버전 그림을 퍼온 책에서는 이렇게 평가를 해.

"이 그림들은 프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 체계들이 복잡한 정도에 있어 서로 얼마나 비슷했는지를 드러낼 수 있도록 디자인되었다. 대충 보기만 해도 어느 한 체계가 다른 체계보다 근본적으로 더 간단한 모양이 아니라는 사실을 납득할 수 있다." (p. 32)

 

그리고 태양을 태양계의 중심에 놔도 부전원을 없애지는 못한 이유에 대해서는, "(코페르니쿠스가) 그보다 나은 설명을 찾을 수 없었다" (p. 34)고 하기도 함. 그러니까, 프톨레마이오스도 코페르니쿠스도 "부전원은 왜 있는 거에요?" 라고 누군가 질문하면 할 수 있는 답변이 몰?루 밖에 없었다는 거.

 

그러니까 "이딴걸 누가 믿음"이라는 지적은 일리있는 반응이 맞음. 저 시점에서 지동설은 아직 한참 부족했으니까. 천동설에서 설명 못할 현상을 설명했냐 하면 그것도 아니고, 천동설보다 간단해졌냐 하면 그것도 아니고, 천동설에서 그냥 그런 거야 하고 넘어간 걸 더 타당한 이유로 설명했느냐 하면 그것도 아닌 상태. "패러다임"이라는 단어는 우리가 일상생활에서 쓸 때 맨날 깨지고 뒤집어지는 역할로 나오지만, 본래 의미에서 패러다임은 그렇게 쉽게 깨지고 뒤집어지지 않음. 천동설도 그렇게 쉽게 깨지지 않은 거고. 토머스 쿤이 패러다임이라는 단어를 과학철학의 단어로 처음 들고 나왔을 때도 천동설과 지동설을 예로 들었을 정도임.

 

이 사람이 설명하는 패러다임은 이런 식이야. 사람은 완벽하지 않고, 사람이 자연을 설명하는 이론도 완벽하지 않지만, 그래도 그 중에 대부분의 현상을 무리없이 설명할 수 있는 이론이 있다면 과학은 그 이론을 가지고 발전해. 이론에서 설명할 수 없는 예외가 등장하면, 이 예외를 설명하기 위해 이론에 디테일을 추가하지. 이렇게 과학자들이 현상을 해석하고 예측하는 기준이 되는 이론을 패러다임이라고 할 수 있어. 그런데 어느 날 이 평형상태를 위협하는 일이 벌어져. 예외에 해당하는 현상이 그렇지 않은 현상보다 훨씬 많아진 것처럼 보일 수도 있고, 아니면 예외라고 생각했던 특수한 조건들이 생각보다 흔하고 중요한 현상으로 보이게 될 수도 있어. 이렇게 예외를 예외로 보지 않는 사람들이 새로운 이론을 만들고, 그 이론으로 여태까지 관찰한 현상들을 더 잘 해석할 수 있다는 걸 보이려고 하고, 이 새 이론이 기존의 이론보다 우월하다는 생각을 하게 돼. 여기서 기존의 이론이 다시 스스로를 수정해서 문제를 해결할 수 있으면 이 '반란'은 진압되는 거고, 그렇지 못하고 새로운 이론 체계가 기존의 전제를 뒤엎고 '혁명'에 성공하면 과거 이론을 신봉했던 사람들은 새 이론으로 전향하는 사람들, 혹은 은퇴해서 떠나는 사람들이 생기면서 (쿤이 직접 예시로 언급하진 않지만, "신은 주사위를 던지지 않는다"를 생각하면 될 거 같아.) 자취를 감추게 돼.

 

그래서 태양계의 중심(근처)에 지구 대신 태양이 있다는 걸 세상이 납득하기 위해서 갈릴레오의 동시대 (마지막 한 명은 그 조금 후) 세 사람이 각각

1. 천동설에서 설명 못할 현상을 발견

2. 천동설보다 간단하게 만들기

3. 천동설에서 그냥 그런 거야 하고 넘어간 걸 더 타당한 이유로 설명하기

에 공헌을 하게 돼.

 

첫번째로 티코 브라헤. 이 사람이 혜성의 궤도를 발견하면서 "모든 천체의 궤도는 원으로만 이루어져있고 서로 겹치지 않는다"는 오랜 전제의 한 축이 박살이 나. 혜성은 태양계 외곽에서부터 여러 행성의 궤도를 가로지르면서 태양 가까이까지 들어오니까, 궤도는 서로 겹칠 수 없다는 전제가 깨지는 거지. 그래서 이 사람은 다른 행성이 태양 중심으로 돌고 태양이 지구 중심을 도는 식의 "무승부로 하지 않을래" 절충안을 들고 나와. 궤도가 서로 겹칠 수 있어야 나올 수 있는 모델이기도 하지.

ㅊㅊ: https://en.wikipedia.org/wiki/Tychonic_system

 

두번째로, 요하네스 케플러가 지저분한 원 쌓아올리기를 해결해.

원래 이 사람 티코 브라헤 연구실 조교였는데, 둘이 잘 안맞아서 케플러가 탈주해버린 걸로 유명해. 결국 나중에는 화해했다고 하는데, 티코 브라헤가 워낙 관측자료를 많이 쌓아놨기 때문에 이 사람도 그 덕을 봐. 그걸 가지고 티코 브라헤가 깨버린 전제의 나머지 한쪽을 깨버리지.

ㅊㅊ: https://terms.naver.com/imageDetail.naver?docId=1149873

이 사람이 천체는 타원 궤도로 움직이고, 그 공전의 중심은 타원의 초점 중 하나라는 법칙을 세우면서 굳이 원을 따라 도는 원을 따라 도는 천체를 상상하지 않아도 천체의 움직임을 더 단순한 모델로 예측할 수 있게 된 거야.

 

여기에 마지막으로 갈릴레이가 죽은 해에 태어난 물리학자가 불타는 레이저검으로 막타를 쳐버리지.

뉴턴이 케플러의 법칙으로 만유인력의 법칙을 유도하면서, (고등학교 교과서에서는 보통 반대방향을 많이 보지만 시대상으로는 케플러가 앞섰음.) 왜 천체들이 완벽한 원궤도가 아닌 건지, 왜 그런 모양의 타원인 건지, 그리고 왜 코페르니쿠스 때부터 태양계를 주위로 도는 행성들의 궤도가 태양을 중심으로 도는 것 같지 않았던 건지 (행성들이 타원궤도로 움직여서 그런 것도 있지만, 실제로 목성의 질량 때문에 태양계의 질량중심은 태양 밖에 있음.)가 다 해명된 거야. 지동설이 "이딴 거"에서 "오컴의 면도날"이 되기까지 사실은 백년의 세월이 걸린 거지.

 

근데 2세기 사람이 정리한 이론을 17세기에 겨우 꺾은 지동설은 300년도 못버티고 가장 정확한 모델의 자리에서 쫓겨나버려. 지동설 그림을 퍼온 책의 설명을 인용하면, 지동설은 완성되기도 전부터 "이 체계는 수성을 단독으로 독특한 방법으로 다루는데, 부전원 위를 움직이는 대신 그 중심에서 왕복운동을 하는 것으로 표현한다." (p. 33) 는 중대한 떡밥을 안고 출발했었음. 그리고 300년 후에도 여전히 완벽하게 설명할 수 없었던 수성의 궤도는 그 오차가 1919년 일반상대성이론을 증명하는 증거가 되면서 뉴턴역학을 "그래도 달에 로켓 쏘는 것 정도는 할 수 있"는 (천체물리 한정) 2티어 이론으로 만들어버림.

 

 

결론: 르네상스 사람들도 과학자 한 명 말은 못믿었지만 나중에 다섯 명이 하는 말은 믿었음.

 

 

 

태양계 그림 출처: De Santillana, G. (1955). The crime of Galileo (No. 14). University of Chicago Press. pp. 32-34.

패러다임 설명 참고: 토머스 쿤, 과학혁명의 구조