실험의 역사

History of experiments

실험연구의 역사는 길고 다양하다.실제로 실험 자체의 정의는 특정 연구 분야 내에서 변화하는 규범과 실천요강에 대한 반응에서 변화했다.이 기사는 갈릴레오의 중력연구에서 유래한 실험연구의 역사와 발전을 오늘날 다양하게 응용된 방법으로 기록하고 있다.null

이븐 알헤이담

"빛은 어떻게 투명한 몸을 통해 흐를까?빛은 투명한 몸을 통해 직선으로만 이동한다...우리는 이것을 광학 서적에서 철저히 설명하였다."—[1]알하겐

아랍 물리학자 Ibn al-Haytham(알하젠)은 실험을 통해 자신의 광학서(1021년)에서 그 결과를 얻었다.그는 관찰과 실험, 이성적 주장을 결합하여 눈보다는 물체에서 광선이 방출되는 자신의 발광 이론인 시력을 뒷받침했다.그는 프톨레마이오스와 유클리드(눈이 보는 데 사용되는 빛의 광선을 방출하는 것)가 지지하는 고대 시각의 방출 이론과 아리스토텔레스(물체가 눈으로 물리적 입자를 방출하는 것)가 모두 틀렸다는 것을 보여주기 위해 비슷한 주장을 사용했다.[2]null

실험 증거는 그의 <광학서>에 실린 대부분의 명제들을 지지했으며, 그의 시각, 빛, 색 이론은 물론, 그의 강박관념과 강박관념에 관한 연구도 근거로 삼았다.그의 유산은 후자의 키타브 탄키 알 마나지르 ([Ibn al-Haytham's] 광학 수정)에서 카말 알딘 알 파리시 (d. c. 1320)에 의해 그의 광학 '개혁'을 통해 정교하게 설명되었다.[3][4]null

알하센은 자신의 과학적 연구를 진리를 탐구하는 것으로 보았다: "진실은 진리를 위해 추구된다.그리고 그 자체를 위해서 어떤 것을 추구하고 있는 사람들은 다른 것에는 관심이 없다.진리를 찾는 것은 어렵고, 그 진리를 찾아가는 길은 험난하다……[5]null

알하센의 작품에는 '빛은 투명한 몸을 직선으로만 이동한다'는 추측이 포함돼 있는데, 이 추측이 수년간의 노력 끝에야 확증할 수 있었다.그는 "이것은 구멍을 통해 어두운 방으로 들어가는 불빛에서 뚜렷이 관찰된다. …이 들어오는 빛은 공기를 가득 채우는 먼지에서 분명히 관찰할 수 있을 것"[1]이라고 말했다.그는 또한 광선 옆에 곧은 막대기나 팽팽한 실을 놓아 그 추측을 증명했다.[6]null

이븐 알 하이담은 경험주의의 역할을 강조하고 삼단논법에서 유도의 역할을 설명하면서 과학적 회의론을 채택했다.그는 아리스토텔레스가 삼단논법보다 우수할 뿐만 아니라 진정한 과학 연구의 기본요건이라고 여겼던 유도의 방법에 대한 기여가 부족하다고 비판하기까지 했다.[7]null

오캄의 면도기와 같은 것이 광학서에도 있다.예를 들어, 그는 빛이 발광하는 물체에 의해 생성되어 눈에 방출되거나 반사된다는 것을 입증한 후, 따라서 "[시각적] 광선의 방출은 불필요하고 쓸모없다"[8]고 말한다.그는 또한 그의 접근방식에서 실증주의를 채택한 최초의 과학자였을지도 모른다.그는 "경험을 넘어서는 안 되고, 자연현상을 연구하는 데 순수한 개념을 사용하는 것에 만족할 수 없다"면서 이에 대한 이해는 수학 없이는 얻을 수 없다고 썼다.빛이 물질이라고 가정하고 나서 그는 그 성질을 더 이상 논하지 않고 자신의 조사를 빛의 확산과 전파에 맡긴다.그가 고려하는 빛의 유일한 특성은 기하학으로 치료할 수 있고 실험으로 증명할 수 있는 것이다.[9]null

로저 베이컨

오퍼스 마저스에서 로저 베이컨이 "이성에 의해 공급된 이론은 감각 데이터에 의해 검증되어야 하고, 기구에 의해 지원되어야 하며, 신뢰할 수 있는 증인에 의해 확증되어야 한다"[10]고 주장한 것은 "기록상 최초의 과학적 방법의 중요한 공식 중 하나"[11]로 간주되었다.null

갈릴레오 갈릴레이

다양한 높이에서 떨어지는 작은 강철 구의 측정된 하강 시간.데이터는 예상 하강 시간인 /g {과(와) 잘 일치한다 여기서 h는 높이, g는 중력 가속이다.

과학자로서 갈릴레오 갈릴레이는 많은 주제를 다루는 정량적인 실험을 했다.갈릴레오는 몇 가지 다른 방법을 사용하여 시간을 정확하게 측정할 수 있었다.이전에 대부분의 과학자들은 유클리드 때부터 사용되어 왔고 신뢰되어 왔던 기하학을 적용하면서 낙하하는 몸을 묘사하기 위해 거리를 사용했었다.[12]갈릴레오 자신은 기하학적 방법을 사용하여 자신의 결과를 표현했다.갈릴레오의 성공은 교묘하게 설계된 실험과 장비뿐만 아니라 새로운 수학의 발달에 도움을 받았다.그 당시, 또 다른 종류의 수학이 개발되고 있었다.대수학은 산술적 계산이 기하학적 계산처럼 정교해지는 것을 허용했다.대수학은 또한 갈릴레오와 같은 과학자들뿐만 아니라 아이작 뉴턴, 제임스 서점 맥스웰, 알버트 아인슈타인과 같은 후기 과학자들의 발견도 수학 방정식으로 요약할 수 있도록 했다.이 방정식들은 신체적 관계를 정밀하고 자기 일치적인 방식으로 묘사했다.null

대표적인 예가 "공과 램프 실험"[13]이다.이 실험에서 갈릴레오는 기울어진 평면과 서로 다른 무게의 강철 공을 사용했다.이 설계로 갈릴레오는 떨어지는 동작의 속도를 늦출 수 있었고, 강철 공이 빔에 특정 표시를 통과하는 시간을 합리적인 정확도로 기록할 수 있었다.[14]갈릴레오는 무게가 물체의 낙하 속도에 영향을 미친다는 아리스토텔레스의 주장을 반증했다.아리스토텔레스의 '낙하체 이론'에 따르면, 더 무거운 강철 공은 더 가벼운 강철 공보다 먼저 땅에 닿을 것이다.갈릴레오의 가설은 두 개의 공이 동시에 땅에 닿을 것이라는 것이었다.null

갈릴레오 외에 그의 시대의 많은 사람들은 물체의 하강 시간과 같은 짧은 기간을 정확하게 측정할 수 없었다.갈릴레오는 풀실로곤을 만들어 이 짧은 시간들을 정확하게 측정했다.이것은 진자를 이용하여 시간을 측정하기 위해 만들어진 기계였다.[15]진자는 인간의 맥박에 맞춰졌다.그는 이를 통해 경사면에서 자신이 만든 가중 공이 자국을 통과하는 시간을 측정했다.그의 측정에 따르면 여러 무게의 공이 동시에 경사면의 바닥에 닿았고 이동 거리는 경과 시간의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있었다.[16]이후 과학자들은 갈릴레오의 결과를 '낙하하는 신체의 방정식'으로 요약했다.[17][18]null

g가 중력 가속(~9.8m/s2)인 시간 t를 위해 물체가 이동한 거리:

이러한 결과는 서로 다른 무게의 물체가 같은 무게의 낙하 지점에서 측정했을 때 같은 중력 가속을 경험하기 때문에 같은 속도로 떨어지고 있다는 갈릴레오의 가설을 뒷받침했다.null

앙투안 라부아지에

라부아지에와 라플레이스의 얼음 열량계 장치

현대 화학의 창시자로 여겨지는 프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에(1743–1794)의 실험은 처음으로 양적인 것에 속했다.라부아지에르는 물질이 화학반응에서 상태를 변화시키지만 물질의 양은 모든 화학반응의 시작에서와 끝에서 동일하다는 것을 보여주었다.한 실험에서, 그는 인과 황을 공중에 태워 그 결과가 그의 이전의 결론(미사 보존법)을 더 뒷받침하는지를 보았다.그러나 이 실험에서 그는 그 제품들이 원래 인과 황보다 무게가 더 나간다고 판단했다.그는 그 실험을 다시 하기로 결정했다.이번에는 실험을 둘러싼 공기의 질량도 측정했다.그는 제품에서 얻은 질량이 공기로부터 손실된 것을 발견했다.이 실험들은 그의 미사 보존 법칙을 더욱 뒷받침해 주었다.null

라부아지에의 실험 중 하나는 호흡과 연소의 세계를 연결시켰다.라부아지에의 가설은 연소와 호흡은 하나이고 같은 것이며, 모든 호흡의 경우에 연소가 일어난다는 것이었다.라부아지에르는 피에르 시몬 라플레이스와 함께 연소나 호흡 중에 방출되는 열의 양을 측정하기 위해 얼음 칼로리계 장치를 설계했다.이 기계는 세 개의 동심원 구획으로 구성되어 있었다.중앙 칸에는 열원이 있었는데, 이 경우에는 기니피그나 불타는 숯 조각이 있었다.가운데 칸에는 열원이 녹을 수 있도록 일정한 양의 얼음이 들어 있었다.외부 칸에는 단열재를 위해 포장된 눈이 들어 있었다.라부아지에르는 이 기구에 살아있는 기니피그를 가둬서 발생하는 이산화탄소의 양과 열의 양을 측정했다.라부아지에르는 또한 열량계에 숯조각을 태울 때 발생하는 열과 이산화탄소를 측정했다.그는 이 데이터를 이용해 호흡이 사실상 느린 연소 과정이라고 결론지었다.그는 또한 정밀한 측정을 통해 이러한 공정들이 같은 상수의 비례성으로 이산화탄소와 열을 발생시킨다는 것을 발견했다.그는 224알의 "고정 공기"(CO2)가 생산되는 경우 13온스(370g)라는 것을 발견했다.빙하가 열량계에 녹았다.곡물을 그램으로 변환하고 13온스(370g)를 녹이는 데 필요한 에너지를 사용한다.얼음의 계산은, 생성된 CO의 각 그램2 당, 약 2.02 kcal의 에너지가 탄소의 연소나 라부아지에의 칼로리계 실험에서의 호흡에 의해 생성되었다는 것이다.이는 2.13 kcal/g의 탄소에 대해 현대적으로 발표된 연소 열과 잘 비교된다.[19]라부아지에와 라플레이스가 폐에서 일어났다고 추측한 이 연속적인 느린 연소는 살아있는 동물이 체온을 주위보다 높게 유지할 수 있게 해 주었고, 따라서 동물 열이라는 곤혹스러운 현상을 설명하였다.[20]라부아지에르는 "라 호흡은 연소를 불편하게 한다"고 결론 내렸다. 즉, 호흡 가스 교환은 촛불을 태우는 것과 같은 연소다.null

라부아지에르는 질량보존법이 화학적 변화에 적용됐다는 실험으로 가장 먼저 결론을 내렸다.[21]그의 가설은 반응물질의 질량이 화학반응에서 생산물의 질량과 같을 것이라는 것이었다.그는 설탕에 함유된 수소, 산소, 탄소의 양을 측정하면서 포도상 발효에 대한 실험을 했다.설탕의 양을 재면서, 그는 이스트와 물을 측정된 양으로 넣어 혼합물이 발효되도록 했다.라부아지에르는 발효 중 발산된 탄산가스와 물의 질량을 측정하고 잔류 술을 무게를 달아 그 성분을 분리해 분석하여 기초 성분을 결정한다.[22]이런 식으로 그는 몇 가지 잠재적 교란 요인을 통제했다.그는 발효 중에 발산되는 탄산가스와 수증기를 포착할 수 있어 최종 측정치가 최대한 정확할 수 있도록 했다.라부아지에르는 반응제의 총 질량이 최종 제품의 질량과 잔류물과 동일하다고 결론지었다.[23]더욱이 그는 화학적 변화 전후의 각 성분 원소의 총 질량은 그대로 유지됨을 보여주었다.마찬가지로, 그는 실험을 통해 연소 생산물의 질량이 반응 성분의 질량과 동일하다는 것을 증명했다.null

루이 파스퇴르

(위) 세균이나 미생물을 제거하기 위해 끓인 후 육수가 들어간 백조 병목 플라스크. (아래) 공기 중에 외부 오염물질이 들어간 또 다른 백조 병목 플라스크.이 육수는 미생물을 기른다.

'미생물학 및 면역학의 아버지'로 평가받는[by whom?] 프랑스의 생물학자 루이 파스퇴르(1822~1895)는 19세기 동안 활동했다.[24]그는 질병을 유발하는 물질이 자연적으로 나타나는 것이 아니라 살아 있으며 번성하고 증식하기 위한 올바른 환경이 필요하다는 생각을 가정하고 실험 결과를 지지했다.그는 이번 발견에서 기인한 실험을 통해 닭 콜레라, 탄저균, 광견병 백신을 개발했고, 일부 식품에서 세균을 가열해 줄이는 방법(폐쇄)을 개발했다.파스퇴르의 연구는 또한 그를 (영국의 의사 조셉 리스터 박사와 함께) 소독 수술 기법을 옹호하도록 이끌었다.그날의 대부분의 과학자들은 미생물의 자연발생적인 발생으로부터 미생물이 존재하게 되었다고 믿었다.null

파스퇴르는 현미경 아래 작은 유기체에 대한 관찰을 통해 자연 발생을 의심하게 되었다.그는 생명이 없는 곳에서 생명이 일어날 수 없다는 가설을 시험하기 위해 실험을 설계했다.그는 가능한 교란 요인을 통제하기 위해 주의했다.예를 들어, 그는 테스트 매질로 사용한 육수의 플라스크에 생물이 없는지, 심지어 현미경도 없는지 확인할 필요가 있었다.그는 이미 존재하는 미생물이 죽었다는 확신이 들 때까지 육수를 끓여서 이미 존재하는 미세한 유기체를 죽이기로 결심했다.파스퇴르는 또한 끓인 후 육수에 미세한 생물이 들어가지 않도록 해야 했지만, 육수는 이론을 제대로 테스트하기 위해 공기에 노출될 필요가 있었다.한 동료는 S자 모양이 옆으로 돌린 목덜미가 달린 플라스크를 제안했다.먼지(파스퇴르가 미생물을 함유하고 있다고 생각했던 것)는 첫 번째 곡선 아래쪽에 갇히겠지만 공기가 자유롭게 흐르곤 했다.[25]null

따라서, 만약 박테리아가 정말로 자연적으로 생성되어야 한다면, 며칠 후에 플라스크에서 자라야 한다.만약 자발적 생성이 일어나지 않았다면, 플라스크의 내용물은 생명이 없는 상태로 남아 있을 것이다.그 실험은 결정적인 것으로 보였다: 육수에 미생물이 한 마리도 나타나지 않았다.그런 다음 파스퇴르는 미생물이 함유된 먼지가 육수와 섞일 수 있도록 했다.불과 며칠 사이에 그 안에서 자라는 수백만의 유기체로 인해 육수가 흐려졌다.그는 2년 더 다양한 조건과 장소에서 실험을 반복해 결과가 정확하다는 것을 스스로 확신시켰다.이렇게 해서 파스퇴르는 자발적인 발생은 일어나지 않는다는 그의 가설을 지지했다.[26]그의 가설을 뒷받침하는 실험 결과와 다양한 질병을 치료하거나 예방하는 데 성공했음에도 불구하고, 자연 발생에 대한 대중의 잘못된 인식을 바로잡는 것은 느리고 어려운 과정임이 증명되었다.null

구체적인 문제를 해결하기 위해 노력하면서 파스퇴르는 1865년 프랑스 누에 산업을 파괴하는 질병의 원인을 찾아내야 하는 과제에 직면했을 때처럼 자신의 실험 결과에 비추어 때때로 자신의 생각을 수정했다.1년간의 부지런한 작업 끝에 그는 범인 생물을 정확하게 찾아내고 건강한 나방 개체군을 개발하기 위한 실질적인 조언을 해주었다.하지만, 그가 자신의 충고를 시험했을 때, 그는 여전히 질병이 존재한다는 것을 발견했다.그가 정확하지만 불완전한 것으로 판명되었다 – 두 개의 유기체가 일하고 있었다.완전한 해결책을 찾는데 2년이 더 걸렸다.[27]null

참고 항목

참조

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  6. ^ 슈무엘 삼부르스키(1974)가 인용한 바와 같이, 프리소크라틱스에서 양자 물리학자 ISBN 0-87663-712-8에 이르는 물리학적 사고
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  8. ^ Alhazen; Smith, A. Mark (2001), Alhacen's Theory of Visual Perception: A Critical Edition, with English Translation and Commentary of the First Three Books of Alhacen's De Aspectibus, the Medieval Latin Version of Ibn al-Haytham's Kitab al-Manazir, DIANE Publishing, pp. 372 & 408, ISBN 0-87169-914-1
  9. ^ Rashed, Roshdi (2007), "The Celestial Kinematics of Ibn al-Haytham", Arabic Sciences and Philosophy, Cambridge University Press, 17: 7–55 [19], doi:10.1017/S0957423907000355, S2CID 170934544:

    "광학을 개혁함에 있어서 그는 예전과 마찬가지로 "실증주의"를 채택했다. 우리는 경험을 초월하지 않으며, 자연 현상을 조사하는 데 순수한 개념을 사용하는 것에 만족할 수 없다.이것들에 대한 이해는 수학 없이는 얻을 수 없다.따라서 일단 빛이 물질이라고 가정하면 Ibn al-Haytham은 그 성질을 더 이상 논하지 않고, 그 전파와 확산을 고려하는 데 자신을 맡긴다.그가 말하는 광학에서 '빛의 가장 작은 부분'은 기하학으로 처리되고 실험으로 검증될 수 있는 성질만을 간직하고 있다. 그것들은 에너지를 제외한 모든 감각적인 성질이 부족하다.
  10. ^ 베이컨, 오푸스 마지우스, Bk.&VI.
  11. ^ 보리크(2011), 페이지 132. 대상 (
  12. ^ 드레이크, 스틸만; 스워들로, 노엘 엠.; 르베레, 트레버 노스트.갈릴레오와 과학의 역사와 철학에 관한 논문 제3권.22페이지.토론토 대학 출판부. 1999.ISBN 978-0-8020-4716-8
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