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분류 물리학

물리이론에서 에테르는 기계적인 성질에 의해서 정성적으로 보통의 물질과는 구별을 하고 있으며, 정량적인 차원에서의 차이점도 물질의 특정 상태나 종류를 특별히 지칭하는 것이다. 에테르를 쓰게 된 목적은 물체에 직접적인 접촉을 할 수가 없기 때문에, 작용을 시작하게하거나 매개로 전달을 할 목적으로 나왔다. 통상적으로 에테르는 전파시키는 교란 작용은 있지만, 에테르 자체는 흘러가지 않는 것으로 간주한다.

뉴턴(1642-1727)은 의 반사, 굴절과 회절, 그리고 물체의 접착(Opticks, 3rd edn, 1717-1718)을 설명할 목적으로 에테르를 도입하였다. 이것은 보통물질이 서로 반발하는 현상에 대한 설명과 정성적으로 구별하기 위해서 이었다. 1740년 윌슨(Benjamin Wilson, 1721-1788)과 다른 과학자들이 전기현상에 에테르를 적용을 하면서 뉴턴주의자들이 사용하기 시작하였다. 반발력에 대한 또 다른 운반자에 대한 용어는, 뵈하아브(Hermann Boerhaave, 1668-1738)의 열의 유체로서 18세기 중에 폭넓게 받아들여졌고 1850년대 까지 열소(熱素, caloric)라는 이름으로 사용되었다.

1750년 이후엔 에테르의 비기계적인 모델이 큰 영향을 끼쳤고, 전기적인 상호작용에 대한 매개로서 이용이 되었다. 칸톤(John Canton, 1718-1772)과 베카리아(G. B. Beccaria, 1716-1781)등 다수의 물리학자들이 이 모델을 제안 하였다. 이 모델은 외르스테드(H. C. Orsted, 1777-1851)가 전류의 자기효과발견을 뒷받침 해준 이론 이었다. 외르스테드 모델에서 나온 암페어(A. M. Ampère)의 모델에서 공간은 양과 음의 전기, 열, 빛으로 가득히 채워져 있고, 전자기는 그 유체가 교대로 분리와 재결합을 하면서 퍼져 나간다고 보았다.

초창기의 이론에서는 데카르트(1596-1650)가 일상물질이 에테르와는 정량적으로 다르다고 보고, 잠행성 물질(潛行性 物質, subtle matter)이라고 불렀다. 뉴턴주의자의 에테르와 데카르트주의자의 에테르가 본체론적인 차이를 보이기는 하지만, 비슷한 방법으로 비슷하게 쓰였다: 있을 법한 것을 설명하는 것이지, 작동 메카니즘은 보여주질 못하는 정성적인 것만을 고려하였다. 19세기에 나타난 에테르의 개념은 그 이전에 나타난 개념과는 다르게 정량화에 의존하고 있다. 열유체 혹은 카로릭의 단열변화는 음의 전파실험(음향학)에서 쓰였고, 비기계적인 에테르모델에 있어서 정량화의 한 본보기이다.

빛 에테르에 관한 탄성체이론의 경우에는 유럽의 대표적인 수학자들이 빛의 파동론을 지지하는 역학적인 체계를 만들려고 노력하였고, 1830년까지는 빛의 실체를 파동으로 구성되어있다고 보았다. 빛을 내는 에테르는 극히 희박해서 놀라울 정도로 빠른 횡진동(가로떨기, transverse vibrations)으로 전파된다. 맥스웰(1831-1879)이 주장한 빛의 전자기적 프로세스와의 동일화는 어려움을 가중시켰다.

운동하는 물체를 전기동역학적으로 표현하는 난점은 궁극적으로 역학적이고 물질적인 에테르모델을 패배시키게 된다. 헤르츠는 이미 1892년에 물리학자들에게 에테르모델보다는 맥스웰의 방정식들을 사용할 것을 권유하였고, 역학적이고 물질적인 성질이 어떠하던지 간에 맥스웰 방정식을 만족해야한다고 하였다. 로렌츠(H. A. Lorentz, 1853-1928)도 같은 입장을 견지했고, 에테르는 뉴턴의 운동 제3법칙(작용-반작용의 법칙)을 따르지 않아도 된다고 공개적으로 말하였다.

그럼에도 불구하고 빛을 내는 에테르는 광속을 측정해야 되는 로렌츠의 체계에서 절대적인 기준틀로서 유지되고 있었다. 20세기 물리학자들의 대부분은 아인슈타인(1879-1955)의 견해를 따르며 고전 전자기이론은 에테르[상대론]의 기준틀이 없이 잘 설명이 된다고 생각한다. 오늘날 에테르는 19세기처럼 물리이론에서 중요한 역할을 한다고는 볼 수 없지만, 여전히 물리이론에서 가면을 쓴 채로 남아있다: 양자 전기 동력학의 진공개념과 일반 상대론의 굽은 공간이 그런 예이다.

참고문헌>4

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G. Cantor and J. Hodge(ed.), Conception of Ether: Studies in the History of Ether Theories, 1740-1900(Cambridge, 1981).
R. E. Schofield, Mechanism and Materialism(Princeton, 1970년).
E. J. Aiton, The Vortex Theory of Planetary Motion(New York and London, 1972년).
전기, 자기 및 빛에 대한 참고문헌을 볼 것.

출처

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과학사사전 2011. 2. 1.