2. 프톨레마이오스의 수리행성천문학

도구주의적 학문의 부상 — 헬레니즘 시대

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클라우디오스 프톨레마이오스
100년경 - 170년경

헬레니즘 시대의 과학

일반적 특징

  • 제국 내부의 융합
    • 각 지역의 자생학문들이 제국으로 흡수, 통합
    • 추상적 자연철학 전통 + 동방왕국의 관료적 과학(유용성 지향한 후원전통)
  • 과학의 제도화
    • 헬레니즘 시대의 새로운 후원문화
    • 과학지식에 대한 국가의 지원과 보호

알렉산드리아 박물관-도서관(모우세이온)

  • 프톨레마이오스 왕조의 고등학술연구원.
    • 기원전 280년 설립, 700년 존속
    • 헬레니즘 과학의 중심지 그리스 → 이집트
  • 후원의 맥락과 동기
    • 약간의 실용적 해부학 및 의학 연구 / 지리학과 제도제작법 / 전투용 코끼리 사육
    • 통치자의 명예와 위신 "희귀 조류를 사로잡아 황금새장에 넣어 키우듯 학자들을 고용해 지원"

새장 속 학자들

  • 해부학, 생리학
    • 갈레노스: 4체액설
  • 순수수학
    • 유클리드: 원론
    • 아폴로니오스: 원추곡선
  • 자연세계의 수학적 설명
    • 에라토스테네스: 지구크기 측정
    • 아리스타르코스: 지구-달-태양 사이 거리, 달의 크기 측정
  • 역학
    • 아르키메데스: 지렛대. 아리스토텔레스의 감각적 무게파악 → 수치화된 표시와 그것을 통한 기계개발

고대세계 학문의 위계

자연철학 — 세상은 "왜?"

  • 자연현상의 본성과 본질을 다루는 학문
  • 성질과 원인에 대한 탐구
  • 세상의 변화, 메커니즘에 대한 이해 추구

순수수학 내지 기하학

  • 성질 없이 수량만 존재하는 추상세계를 다루는 기법

응용수학: 추상세계의 잣대를 현실세계에 들이대기

  • 자연을 이해하는 도구로서는 근본적 한계
    • 사물의 겉보기 특성인 양적 측면을 묘사할 수 있을 뿐
    • 온냉건습, 경중과 변화, 목적인 따위 본질적 속성을 다루기에는 부적합
  • 응용수학의 효용에 대한 인식
    • 도구적 가치 (e.g. 아르키메데스의 기계개발)
    • 원리를 이해하기보다는 눈으로 보이는 것을 잘 설명하기 위한 (e.g. 에라토스테네스, 아리스타르코스)

천문학

천문학의 정체성

  • 천상에 관한 응용수학 (우주론과 전혀 다름!)
  • 천상계 및 천체의 본성과 본질은 부차적 문제
  • 기본 목표: 천체의 위치를 정확히 기술하고 나아가 예측하는 것
  • 실용적 유용성.

천문학자의 일거리

  • 관측천문학
    • 별들의 상대적 위치 관측 → 천문도에 표기
    • 해와 달과 별의 움직임 묘사
  • 역법: 정확한 달력 제작

천문학의 연구 대상

  • 항성의 움직임: 항성천구의 일주회전으로 간단하게 러명 가능
  • 해와 달
    • 서에서 동으로 움직이는 별도의 천구를 도입
    • 고정된 경로(황도와 백도)를 따라 항성천구와 반대 방향으로 1년을 주기로 한바퀴 돈다
  • 고민거리: 행성
    • 별자리 상에서 매우 불규칙한 움직임(술취한 듯)을 보임
    • 이동속도가 변화, 정지한 듯 보이다 반대방향으로 역행, 심지어 밝기도 변화
    • 라틴어로 planet 의 어원 — 방랑자

천문학자의 진정한 일거리

  • 불규칙한 행성운동을 정확히 묘사하고 예측할 수 있는 기하학적 모형 만들기
  • 에우독소스
    • 네 개의 동심천구의 운동을 조합
    • 천구 D - 하루에 한 바퀴 동에서 서로 회전 (항성)
    • 천구 C - 아주 느린 속도로 서에도 동으로 회전 (해와 달)
    • 천구 B, A - 어긋난 축을 중심으로 같은 속도, 반대방향 회전 (행성)
  • 헤라클레이데스: 지구의 자전 → 별의 일주운동
  • 아리스타르코스: 지구의 공전 → 별의 연주운동

프톨레마이오스의 고대 천문학 집대성

프톨레마이오스의 행성모형(기원후 2세기)

  • 데이터 측면: 바빌론의 실용적 계산천문학 관측자료 입수
  • 이론적 도구의 측면: 최신 기하학적 기법 활용
    • 아폴로니오스의 이심원(eccentric)
    • 히파르코스의 주전원(epicycle), 주축원(deferent)
    • 직접 고안한 등각속도점(equant)
  • 알마게스트 집필 — 1500년간 서양세계 표준 텍스트로 군림
  • 주전원
    • 행성의 역행과 밝기변화 설명
  • 이심원과 등각속도점
    • 지구가 우주의 정확한 중심이 아니고 중심 약간 옆에 존재.
    • 행성이 중심이 아니고 중심에서 비켜난 위치에 대해 등각속도 운동을 한다
    • 행성이 위치에 따라 속도가 달라지는 것을 설명
  • 이렇게 붙이고도 설명이 안 되면 설명될 때까지 주전원 위에 또다른 주전원을 계속 붙인다.
    • 흔히 알려진 것처럼 지구중심 공전궤도 위에 주전원이 있는 것뿐만이 아니고 주전원이 공전하는 중심이 또 회전을 하고 여차저차 미친 짓들을 함
  • 예컨대 수성은
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  • 그리고 이런게 다섯 개
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미쳐버림(…)