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중력은 우주를 하나로 묶는 힘입니다. 사실 만물은 다른 모든 개체에 대해 인력을 발휘하는데, 이는 두 개체의 상대적인 질량에 상응하는 인력이며 둘 사이의 거리와 반비례합니다. 중력은 분명히 우주 전체를 관장하는 법칙이지만 중력에 관한 더 복잡한 질문 중 일부는 해결되지 않았습니다.
중력에 대한 아리스토텔레스의 모델
기원전 6 세기부터 4 세기까지의 그리스 철학자들은 물리적 현실의 근본적인 본질과 그 현실을 전체로 묶는 힘에 관한 다양한 질문과 씨름했습니다. 그 시대의 가장 진보된 사상가 중에는 데모크리투스(기원전 460-370 경)가 있었는데, 그는 그 시대보다 수천 년 앞서 가설을 내놓았습니다. 모든 물질은 원자 수준에서 상호 작용한다는 것입니다.
그러나 아리스토텔레스 (기원전 384-322)는 데모크리투스의 설명을 거부했습니다. 과학 발전에 대한 아리스토텔레스의 공헌은 많고 다양했지만 물리학에 대한 그의 영향은 적어도 유익한 만큼 해 롭습니다. 더욱이 그리스에서 수세기에 걸친 발전을 거듭한 후 지적 진보가 둔화되기 시작했다는 사실은 오류를 더욱 가중시켰습니다. 문명이 중세(기원 500 년경)에 이르렀을 무렵에는 아리스토텔레스의 물리적 모델이 확고하게 확립되었습니다.
아리스토텔레스의 모델은 이론적 오류가 있었음에도 중세 초기까지 편리한 설명을 제공했습니다. 물리적인 우주가 단순하다는 믿음은 사람들에게 안심이 되었을 것입니다. 이 깔끔한 모델에 따르면 지구상의 모든 재료는 지구, 물, 공기 및 불의 네 가지 요소로 구성됩니다. 각 요소에는 자연스러운 위치가 있습니다. 따라서 지구는 항상 가장 낮았고 어떤 곳에서는 지구가 물로 덮여 있었습니다. 그러면 물은 더 높아야 하지만, 분명히 공기는 땅과 물을 덮기 때문에 더 높았습니다. 가장 높은 곳은 불이었는데, 그 자연 장소는 하늘 위의 하늘에 있었습니다. 이 동심원을 반영하는 것은 태양, 달, 다섯 개 행성의 궤도였습니다. 천문학자 프톨레마이오스(c. 100-170)가 개발한 우주 모델도 아리스토텔레스 모델에 기반을 둔 것이었습니다.
코페르니쿠스와 갈릴레오 모델
수 세기에 걸쳐 여러 과학자들과 철학자들은 천천히 아리스토텔레스의 틀을 깨기 시작했습니다. 대표적인 인물은 천문학자인 니콜라스 코페르니쿠스(1473-1543)였습니다. 행성에 대한 그의 연구를 바탕으로 코페르니쿠스는 지구가 아닌 태양을 중심에 둔 완전히 새로운 우주 모델을 제공했습니다. 아리스토텔레스가 사망 한 지 반세기 후에 아리스타쿠스(기원전 270년생)가 비슷한 생각을 했지만 프톨레마이오스는 지구 중심 또는 지구 중심을 선호하는 태양 중심 모델을 거부했습니다. 그 후 수세기 동안 가톨릭 교회가 프톨레마이오스의 모델을 공식적인 것으로 승인했을 만큼 정치적 권위가 있었습니다. 이 체계는 인간과 하나님의 관계, 우주와 인간의 관계에 관한 성경 구절의 내용과 부합했기 때문입니다.
이런 이유로 코페르니쿠스는 자신의 생각을 공개적으로 옹호하는 것을 주저했지만, 이러한 개념은 유럽 사상가의 의식에 침투하여 패러다임 전환을 야기하여 "코페르니쿠스 혁명"이라고 불리는 근본적인 변화를 일으켰습니다. 그러나 코페르니쿠스는 행성이 왜 그렇게 행동했는지에 대해 설명하지 않았습니다. 따라서 코페르니쿠스 혁명의 진정한 지도자는 코페르니쿠스 자신이 아니라 갈릴레오 갈릴레이 (1564-1642)라고 봐야 합니다.
코페르니쿠스를 옹호하는 과정에서 갈릴레오는 실제로 현대 물리학의 역사를 과학에 편입시켰습니다. 특히, 갈릴레오는 무게 때문이 아닌 중력의 결과로 물체가 떨어진다는 가설을 테스트하기 시작했습니다. 만약 그렇다면, 낙하물의 가속도는 무게에 관계없이 동일해야합니다. 물론 돌이 깃털보다 더 빨리 떨어지는 것은 분명했지만, 갈릴레오는 이것이 무게 이외의 요인의 결과라고 추론했으며 이후 조사에서 무게가 아닌 공기 저항과 마찰이 이러한 차이의 원인이라는 것을 확인했습니다.
반면에 공기 저항은 비슷하지만 무게가 다른 두 개의 물체 (예: 큰 돌과 작은 돌)를 떨어 뜨리면 거의 동일한 속도로 떨어집니다. 그러나 이것을 직접 테스트하는 것은 갈릴레오에게 어려웠을 것입니다. 돌이 너무 빨리 떨어져서 큰 높이에서 떨어 뜨려도 그 당시 사용 가능한 도구로 떨어지는 속도를 테스트하기에는 너무 빨리 땅에 떨어졌기 때문입니다. 따라서 갈릴레오는 진자의 움직임과 경사면에서 굴러가거나 아래로 미끄러지는 물체의 동작을 이용해 이론을 개발했습니다. 그는 모든 물체가 균일한 중력 가속도를 받고 나중에 초당 32 피트 (9.8m)로 보정된다는 결론을 내렸습니다.