[논문 리뷰] Who discovered the expanding universe?

H. Nussbaumer, Lydia Bieri|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 12.

History and Developments in Astronomy참고 문헌 6인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 팽창하는 우주의 역사적 발견을 다루며, 지오르그 레마이트르가 에드윈 허블이 아니라 1927년에 선형 속도-거리 관계(현재 허블의 법칙으로 알려진)를 관측 데이터와 연결지어 이끌어낸 첫 번째 인물임을 주장한다. 원본 문서를 바탕으로 저자들은 레마이트르의 이론적 유도가 허블보다 앞섰음을 보여주며, 허블의 1929년 발표가 법칙을 널리 퍼뜨리면서 지금 알려진 스티글러의 법칙에 따라 오랫동안 잘못된 기여자로 기록된 사례를 설명한다.

ABSTRACT

Who discovered the expanding universe? Was it Hubble, or Lemaître, or was it just the end result of a long series of investigations? In this article we summarise the main steps and contributions that led to one of the most exciting discoveries ever made, of which Lemaître was the principal architect. In 1927 he combined his dynamical solutions of the Einstein equations with astronomical observations to conclude that the universe is expanding. He derived the linear velocity-distance relationship and calculated the first numerical value of what later was called the "Hubble constant". His discovery paper of 1927 was written in French and in 1931 it was translated into English and published in Monthly Notices. However, the translation omits the section where Lemaître computed the "Hubble constant". Why was that done, and who was responsible? We do not speculate on this question, but present in a very condensed way the facts along the path of discovery. The documented details from primary sources can be found in our book "Discovering the Expanding Universe".

연구 동기 및 목표

• 허블이 팽창 우주의 발견자로 여겨지는 것에 대한 역사적 논란을 해결하고, 에드윈 허블에게 귀속된 주류 서사를 도전한다.
• 1920년대의 과학적 및 지적 배경을 강조하면서 원본 문서를 활용해 발견 과정을 재구성한다.
• 레마이트르의 1927년 연구가 첫 번째 이론적 유도와 관측 검증을 포함한 선형 속도-거리 관계를 담고 있음을 입증한다.
• 허블의 1929년 발표가 비록 유사한 자료를 사용했지만 왜 더 큰 주목을 받았는지 분석하여, 법칙에 대한 잘못된 기여자 기재의 원인을 규명한다.
• 과학적 발견이 누적된 기여의 산물임을 보여주며, 역사적 및 문화적 요인이 개인 기여를 은폐하는 방식으로 이름 붙임 관행이 작용하는 방식을 설명한다.

제안 방법

• 레마이트르의 1927년 논문(*Annales de la Société scientifique de Bruxelles*)과 허블의 1929년 발표, 아인슈타인, 데 시터, 에딩턴 등의 주요 인물 간 교환 서신을 포함한 원본 과학 문서 분석.
• 1917년에서 1929년 사이의 우주 이론 모델 비교 연구로, 아인슈타인의 정적 모델, 데 시터의 빈 우주, 프리드만의 동적 해, 레마이트르의 균일하고 팽창하는 모델을 포함.
• 레마이트르(1927)와 허블(1929)이 사용한 관측 자료 재구성으로, 슬리퍼의 적색이동과 허블의 은하간 성운까지의 거리 측정 포함.
• 스티글러의 법칙을 적용해, 레마이트르의 이른 유도에도 불구하고 속도-거리 관계가 허블에게 이름을 딴 이유를 설명.
• 아인슈타인의 장 방정식의 수학적 분석을 통해 레마이트르가 일반 상대성 이론에서 $ v = H \times d $ 관계를 어떻게 도출했는지 보여주며, $ H $ 는 관측을 통해 경험적으로 유도됨.
• 초기 천체역학 모델에서 만유인력 상수 $ \boldsymbol{\boldsymbol{\text{Λ}}} $ 의 역할을 검토하고, 1931년에 레마이트르가 이를 진공 에너지로 재해석한 방식을 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 누가 일반 상대성 이론에서 선형 속도-거리 관계 $ v = H \times d $ 를 도출하고 관측 자료와 연결지웠는가?
• RQ2 레마이트르의 1927년 연구보다 이른 유도를 했음에도 불구하고, 허블의 1929년 논문이 왜 더 큰 주목을 받았는가?
• RQ3 1912년에서 1929년 사이에 과학 공동체는 적색이동과 은하간 거리에 대한 이해가 어떻게 발전했는가?
• RQ4 레마이트르의 연구는 아인슈타인, 데 시터, 프리드만 등 다른 이들의 기여에 얼마나 의존했으며, 그 이론적 모순을 어떻게 해결했는가?
• RQ5 초기 모델에서 만유인력 상수 $ \boldsymbol{\boldsymbol{\text{Λ}}} $ 는 어떤 역할을 했으며, 레마이트르는 이후 이를 어떻게 진공 에너지로 재해석했는가?

주요 결과

• 레마이트르는 1927년 일반 상대성 이론에서 $ v = H \times d $ 선형 속도-거리 관계를 도출했으며, 허블의 1926년 거리 자료와 슬리퍼의 적색이동 자료를 사용해 $ H = 625 $ 또는 $ 575 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ 를 산출했으며, 이는 허블의 1929년 결과 이전이었다.
• 허블의 1929년 논문은 유사한 자료를 사용했지만, 선형 관계를 처음으로 발표했고 $ K = 500 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ 라는 값을 제시하여 '허블의 법칙'의 널리 퍼진 사용을 이끌었다.
• 레마이트르는 1927년 논문을 덜 알려진 저널에 프랑스어로 발표해 그로 인해 묘연해졌고, 이는 정확한 내용임에도 불구하고 오랜 기간 인정을 받지 못하는 데 기여했다.
• 로버트슨의 1933년 분석은 동일한 자료 세트를 바탕으로 $ c/R = 463 \, (\text{km/s})/\text{Mpc} $ 를 도출해, 다양한 분석 방식 간의 일관성을 확인했다.
• 팽창 우주의 발견은 1917년에서 1929년 사이에 아인슈타인, 데 시터, 프리드만, 바이어, 랑크조스 등 다양한 인물들의 이론적·관측적 진전이 누적된 결과였다.
• 법칙이 허블에게 이름을 딴 것은 스티글러의 법칙의 전형적인 사례로, 과학적 발견은 거의 원래 발견자 이름을 딴다.