[과학과 기술의 발전] 계산과 측정 그리고 시간 표시

 

1. 계산과 측정

계산 및 측정 체계는 인류의 가장 오래되고 기본적인 발명품에 속한다. 인류는 대규모 문화이든 소수민족이든 간에, 아프리카 콩고 지역의 1만 년 된 뼈에서 발견된 간단한 표시부터 고대 그리스와 아랍 문명의 발달된 정수론까지 세상을 셈하는 자신들의 고유한 방법을 개발해 왔다. 지금은 미터 단위 등 세계적으로 통용되는 도량형이 표준화되었지만, 인류초기에는 계산 및 특정 방법이 자의적이었다. 오스트레일리아와 뉴기의 일부 우너주민 부족은 '2'에 기초한 계산체계를 사용했다. 즉 '5'를 2와 1의 합으로 보았다. 남아메리카의 일부 지역에서는 '3'과 '4'를 기초단위로 계산했다. 인류 초기의 가장 체계적인 계산법은 기원전 3400년~3000년 사이에 고대 이집트와 메소포타미아에서 사용한 방법으로 , '10'단위로 묶어 계산함으로써 더욱더 많은 양을 표시하고, 복잡한 관리 및 장부기록 기법을 개발할 수 있었다. 초기에 '12'나 '20' 단위로 계산하는 방법도 있었지만, 가장 우수한 숫자인 '10'이 수학의 기초가 되었다. 길이, 무게, 양, 거리 등을 측정할 때는 사용했던 큐빗은 사람의 팔꿈치에서 손가락 끝까지의 길이를 이용했다. 로마인은 군인이 2보씩 1천 걸음 행군할 거리를 1마일로 계산했다. 무게는 종종 돌이나 곡식과 비교했다. 초기의 표준화 노력은 프랑스의 샤를마뉴 대제가 자신의 발 길이를 1피트로 정하면서 시작되었다. 프랑스는 프라스 혁명기에 미터법을 개발하면서 표준화 노력을 심화해 갔다. 오늘날에는 미터, 리터, 그램에 기초한 이 미터법이 전 세계적으로 통용되고 있다. 단 하나의 예외는 미국으로, 오늘날에도 갤런, 파운드와 기타 영국 제국주의 시대의 단위를 표준 측정단위로 사용한다. 정작 영국은 오늘날 미터법을 사용하는데도 말이다. 21세기에 측정 단위는 원자 단위까지 표준화되었다. 1미터는 현재 빛이 진공 내에서 2억 9천979만 2천458분의 1초 동안 진행하는 거리로 정의된다.

 

초창기의 수학자는 어떤 사람들인가?

오늘날의 이라크 위치에 있었던 고대 바빌론은 농업경제가 번성하면서 현대적인 장부체계가 필요할 만큼 복잡했던 초기 도시 중 하나다. 그래서 고대 바빌로니아인은 최초로 수준 높은 계산체계를 고안해냈다. 바닐로니아인은 숫자의 자리 개념을 고안하여, 숫자뿐 아니라 위치로 수적가치를 표현했다. 이로써 점토판에 간단한 표시만으로도 많은 양을 표현할 수 있었다. 바빌로니아인은 60 단위로 계산하는 60진법을 사용하여, 각 자리를 60, 60 제곱, 60세 제곱 등으로 표시했다. 역사적으로 전해 내려오는 점토판은 바빌로니아인의 뛰어난 숫자 개념을 보여운다. 플림프톤 322라는 점토판에는 x2 + y2 = z2으로 보이는 숫자배열도 있다. 즉 바빌로니아인에게 이른바 '피타고라스의 정리'의 개념도 있었다는 것을 보여준다.

 

2. 시간 표시

우리의 시간 개념은 생물학 및 천문학, 즉 자연 및 우주의 패턴과 관련이 깊다. 생물은 자연의 주기에 따라 반응한다. 동물은 이동하거나 새끼를 낳고, 조류는 밀물과 썰물이 생김, 식물은 꽃이 피고 진다. 인간은 일찍부터 이런 생물의 활동이 태양, 달, 별의 움직임과 연관되어 있음을 깨달았다. 그러나 시간을 관리하는 기술은 과거나 현재뿐 아니라 미래를 위해서도 필요하다. 시간을 관리함으로써 개인과 사회는 언제 중요한 일이 벌어질지를 예측하고, 거기에 맞춰 언제 무엇을 할지를 결정할 수 있다. 추워질 떄 동물이 이동한다는 사실을 알고 그 시기를 예측할 수 있으면 사냥 계획을 세울 수 있는 것이다. 시계와 달력은 이러한 주기적은 계획을 세우는 데 필요한 도구이다. 인간이 지구와 천체의 움직임을 연구하고 기후 변화 등의 자연현상을 천체의 위치와 연관시키면서, 시간 측정 기술을 수천 년에 걸쳐 발견해 왔다. 현대 달력은 기본 단위는 천문학적 개념이다. 1일은 지구가 지축을 중심으로 자전하나 주기고, 1년은 지구가 태양 주위를 공전하는 데 걸리는 시간이다. 또 한 달은 대략 달모양이 바뀌는 전체 주기, 즉 공전주기를 반영한다. 최초의 달력은 약 5천 년 전 수메리인이 해와 달의 위치를 통해 농사, 종교적 의식의 일정을 조정하면서 사용되기 시작했다. 중국, 마야, 그리스, 로마 문명 모두 각자의 사회와 세계관에 적합한 달력을 고안했다. 예를 들어 로마인은 8일마다 장이 열렸기 때문에, 8일로 구성된 1주일이 시간을 인식하는 기본 단위였다.  현대식 달력의 체계를 잡은 것은 이집트인이었다. 이집트에서 기획전 1300년에 이미 43개의 별자지와 행성을 도표로 그려 일식과 월식을 예측할 만 큰 천문학이 발달되어 있었다. 이집트인은 이런 천문학적 현상을 자신들의 태양숭배 종교와 밀접하게 연관 지어 1년이 365일로 구성된 다력을 고안했다. 이는 고대 그리스를 거쳐 오늘날까지 사용되고 있다. 시계는 달력보다 짧은 시간을 측정하는 데 사용한다. 하루 동안 시간의 경과를 측정하던 초기 도구는 해시계와 모래시계였다. 중국은 11세기 이미 수송이라는 과학자가 고안한 수력동력을 이용한 대형 시계탑에서 장치를 이용해 시간을 측정했다. 오늘날 손목시계는 마이크로칩이나 수정이 결정판의 진동을 이용하고, 컴퓨터나 휴대전화 시계는 전기적으로 내부 시간을 업데이트하는 네트워크에 연결되어 있다.