1. 임페투스
1. 임페투스
갈릴레오 갈릴레이 이전의 철학에 가까웠던 중세물리학에서 사용되던 개념으로, 훗날 아이작 뉴턴이 세운 뉴턴 역학에서의 ' 관성'과 비슷한 개념이다. 중세 과학자이자 철학자였던 장 뷔리당이 제시하였다. 운동 상태를 유지하게 만드는 성질로 정의할 수 있는데, 관성과의 가장 큰 차이점은 원운동에 대한 해석이다.임페투스 가설과 대비되는 뉴턴 역학의 관점을 먼저 보면, 뉴턴의 저서인 프린키피아를 보면 관성과 벡터합을 이용[1]해 구심력을 유도해 내는 과정을 볼 수 있다. 즉 '운동은 하나의 방향으로 진행되며 관성은 운동상태를 유지하려는 성질이다'라는 것을 알 수 있다.
하지만 임페투스 가설의 경우 원운동도 '하나'의 운동 상태로 보았으며 원운동 또한 유지되려는 성질이 있다고 보았다. 그리고 이는 갈릴레이에 의해 부정당했고,[2] 실에 매단 물체를 돌릴때 실의 장력이 구심력의 역할을 하여 원 운동이 가능하며, 실을 놓으면 물체가 직선으로 날아간다는 것을 보인 뉴턴에 의해 무너지게 된다.
임페투스와 관성의 관계는 천동설과 지동설의 관계와 비슷하면서도 다른데, 전근대적이고 체계화되지 않은 불완전한 과학의 결과물이라는 점에서 임페투스와 천동설은 같은 위치에서 비교할 수 있으나, 천동설이 당시까지 지동설보다 정확한 과학이론으로 여겨져 지동설로 바뀌는 과정에서 반발이 있었던것과 달리 임페투스의 부정은 별다른 반발을 받지 않았다. 천동설의 가장 큰 핵심인 주전원은 임페투스가 없으면 설명이 되지 않는다.
값을 계산할 때에는 물질의 양(지금의 관점에서는 '질량')과 물체의 운동속도를 곱해서 구하였다. 물질의 질량과 운동 속도를 곱한 값이라는 점에서 운동량과 동일해 보일 수 있지만, 임페투스는 '물체가 운동을 시작하고 지속하게 되는 원인'이고 운동량은 '운동의 결과로 생기는 값'이라는 점에서 해석이 다르다. 다만 운동량 보존 법칙 등에 영향을 끼쳤다. 운동량 보존은 뉴턴역학의 작용-반작용에 의해 유도되는 원리지만, 그 전부터 ' 어떠한 값'이 물체의 상호작용 이후에도 유지된다는 인식은 있었다는 것.
장 뷔리당은 임페투스를 사용하여 대포알의 포물선 운동을 설명했다. 대포를 쏜 직후에 화약이 포탄에 임페투스를 전달하고, 이 임페투스가 초기 운동을 추동한다. 그런데 중력[3]이 작용하기 시작하면서, 임페투스는 서서히 소멸되어 없어지고, 포탄은 더 이상 위로 올라가기를 멈춘다. 임페투스가 완전히 소멸되면 중력에 의해 포탄은 땅으로 떨어지게 된다. '물체가 운동을 하다가 임페투스가 다 소멸되면 어떻게 될 것인가?'에 대해서는 물체에 더 이상 운동 원인이 가해지지 않기 때문에, 마지막 속도로 계속 운동을 하게 될 것이라고 설명하였다.
임페투스 가설은 당시 여러 대학교에서 논의되었지만, 결국 체계적인 이론으로 발전하지 못하고 그 자리를 더욱 정확하고 체계적인 다른 이론들이 대체하게 되면서 역사 속으로 사라지게 되었다.
[1]
실제 벡터는 뉴턴의 사후에 등장한 개념이지만, 뉴턴은 이미 벡터를 직관적으로 이해하고 있었다.
[2]
그러나 갈릴레이는 천상의 물질에 대해서는 아리스토텔레스 식의 영구 원운동을 계속 받아들였다.
[3]
물론 뉴턴의
만유인력이 나오기 이전이었기에 그것과는 다른 개념이다. 당연히 근대 이전의 사람들도 땅이 모든 물체를 끌어당기는 성질이 있다는건 알고 있었고, 자유로운 운동을 방해하는 힘으로 이해했다.