16. 만유인력의 비밀
[창조와 과학 스토리]
[창조와 과학 스토리]
『태초에 하나님이 하늘과 땅을 창조했다.』(창 1장 1절)
16. 만유인력의 비밀
『하나님이 빛을 낮이라 부르시고 어둠을 밤이라 부르시니라. 저녁이 되고 아침이 되니 이는 첫째 날이니라.』(창 1:5)
『하나님이 이르시되 천하의 물이 한 곳으로 모이고 뭍이 드러나라 하시니 그대로 되니라.』(창 1:9)
『하나님이 이르시되 하늘의 궁창에 광명체들이 있어 낮과 밤을 나뉘게 하고 그것들로 징조(徵兆)와 계절(季節)과 날(日)과 해(年)를 이루게 하라.』(창 1:14)
~~~~~~~~~~~~~~~ Bible ~~~~~~~~~~~~~~
중력은 천체의 운동을 지배하고 있는 힘으로서 아마 우리 인류가 처음으로 관심을 갖게 된 힘이다. 이 힘의 이해를 시작하게 된 것은 저 유명한 코페르니쿠스의 지동설(地動說)로부터 시작되었다고 하겠다. 태양이 움직여서 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것이 아니라, 우리 지구가 움직이고 있는 것이 아닌가? 이러한 생각이 지동설이다.
그러나 지동설이 나온 그 시대만 해도 지구, 화성, 금성 등 행성(planet)들이 지구처럼 태양을 중심으로 돌고 있다고 믿는 학파와 지구가 모든 것의 중심이 되고 있다고 믿는 두 학파 사이에 심각한 논쟁이 일고 있을 때였다.
구체적으로 어떤 운동을 하는가를 발견하기 위하여서는 그 상세한 위치를 체계적으로 기록하는 것, 즉 관측이 지금이나 예전이나 가장 좋은 방법, 아니 유일한 방법일지도 모른다.
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오랜 연구와 고생을 겪고 케플러는 저 유명한 ‘케플러의 3가지 법칙을 발견했다. 그 첫째는 모든 행성은 태양을 초점으로 하는 타원궤도를 이루고 있다는 것이며, 둘째로는 면적속도가 일정하다는 것이며, 셋째로는 태양을 도는 주기가 타원의 크기와 관계된다는 것이다.
케플러는 한때 금성이나 화성들이 원궤도를 그리고 있으며, 태양은 원의 중심에 있는 것이 아니라, 중심에서 왼쪽으로 치우쳐진 점에 위치하고 있다고 생각했다. 즉 케플러가 모든 행성이 타원궤도를 그리고 있으며, 태양이 타원의 한 초점에 있다는 것을 알아내기까지는 과학자로서의 지혜와 인내, 그리고 무엇보다도 사물을 판단하는 감(feeling)을 바탕으로 한 노력이 있었음을 독자들께서는 이해해 주시기 바란다.
이 중에서 둘째 법칙, 즉 면적속도가 일정하다는 것은 무엇을 뜻하는가? 도대체 면적속도란 무엇인가? 지구와 태양을 초점으로 하여 돌고 있는 면적속도는 태양과 지구를 잇는 선(radial vector)이 단위시간 동안 그리는 면적을 말한다.
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튀코 브라헤의 실험결과를 정리하던 케플러는 금성이 태양에 가까워졌을 때는 더 빨리 움직이고 태양에서 멀어지면 더디게 움직이고 있음을 알아냈으며, 실험치를 들여다보고, 여러 가지 가능성을 찾아보던 과정에서 거리 곱하기 속도, 즉 면적속도가 일정하다는 것을 알아내었다. 그러면 이 면적속도가 일정하다는 것이 과연 무엇을 우리들에게 말해 주고 있는가? 만약에 태양과 지구 사이에 중력이 작용하고 있지 않다면, 지구는 직선운동을 할 것이다. 왜냐하면 힘이 작용하고 있지 않으면 속도를 변화시킬 아무런 원인이 없고, 따라서 그 상태를 그대로 유지할 것이다.
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중심력을 받으면 면적속도가 불변하다는 것이 결론이고, 또한 역으로 면적속도가 같으면 중심력을 받고 움직인다는 것을 알 수 있다.(힘을 받고 있다면 중심력임) 태양을 중심으로 움직이는 지구, 금성 등의 면적속도가 일정하다는 것이 중심력을 의미하고 있음을 보았다.
생각해 보면, 자연이 우리에게 퍽 친절하고 그렇게 현명할 수가 없다. 만약에 하느님이 태양계를 만들 때 태양을 무겁게 만들고 지구, 금성 등은 그에 비해 훨씬 가볍게 만들지 않았다면, 지구가 받는 힘은 태양과 금성의 영향을 합성하여 생각하여야 하고, 따라서 힘은 태양을 향하는 중심력이 아니고, 금성을 향하지도 않고, 태양을 향하지도 않으므로 면적속도가 일정할 것을 발견하려면 오랜 시간이 걸렸을 것이며, 따라서 중력이 중심력이라는 것을 알게 되려면 훨씬 오랜 세월이 걸렸을 것이다. 고등학교를 나온 학생이면 누구나 배우듯이 만유인력(萬有引力)의 방향은 두 물체를 잇는 선의 방향, 즉 중심력이고 그 크기는 거리의 역자승에 비례한다고 배웠을 것이다.
<빛은 있어야 한다/김재완/서울대학교 출판부>
참으로 인간의 이성이 그토록 광활한 우주의 움직임을 이해하려고 노력하는 것에 감격하지 않을 수가 없겠다. 아마도 천지를 창조하신 창조자도 이런 인간의 노력과 접근에 대해서 기쁘게 여겼을 것이라고 생각할 수도 있겠다.
케플러는 코페르니쿠스나 브라헤가 있는 시대에서 점성가나 천체를 관측하는 활동을 해온 것이었다. 그런데 케플러는 시력이 좋지 않았다고 한다. 그래서인지 케플러는 브라헤의 천문자료를 세밀히 분석한 결과로 놀라운 케플러의 법칙이라는 것을 정리해 놓았다. 그러나 그 시대에는 종교적 파워가 지배적이었기에 지구중심의 천체운동으로 천동설을 진리로 믿도록 해왔었던 것이다. 그런 시대에서 천동설이 아닌 지동설, 즉 태양을 중심으로 지구가 돌고 있다는 것에 대해 주장하기엔 목숨이 위태한 때였다. 결국 브라헤는 화형을 당하고 말았고, 그 후에 ‘지구는 돈다’는 갈릴레이나 코페르니쿠스에 천체운동에 대한 지식이 등장하게 되었던 것이라 생각된다.
즉 뉴턴에 의해 만유인력이란 놀라운 사실을 발견하게 되면서 만물은 상호작용하는 힘이 있다는 것을 알게 되었다. 여기에서 중력이란 힘이 존재함을 알게 되었고, 그 후에 자연과학은 눈부시게 발전하게 되었다고 생각된다. 그럼 이러한 사실들은 성경에 나타난 창조자의 창조세계 속에서는 전혀 명시되지 않았을까?
그렇지 않다는 것을 말하려고 한다. 힘의 존재, 즉 만유인력을 암시하는 메시지가 성경에 있다는 사실이다. 첫째로는 물을 한 곳으로 모아 뭍(땅)이 드러나게 한 것에는 이미 힘이 존재했었음을 말하려는 것이다. 물을 나뉘어 그 사이에 궁창을 두었다는 것에서도 힘이 있었던 것이다. 또한 궁창에 광명체(태양과 달과 별 등)를 두었다는 것에서도 힘이 존재함을 알 수가 있는 것이다.
그리고 낮과 밤이 있었음은 지구의 자전을 의미한 것임을 알 수가 있겠다. 또 그리고 궁창에 광명체들로 징조와 계절과 날과 해를 이루게 하였다는 것에서도, 단순히 궁창(우주)에 있게만 한 것이 아니라 이러한 것들로 상호작용에 힘이 존재했으며, 이러한 움직임에서도 어떤 영향을 주는 역할이 주어져 있었다는 것을 말해주고 있었던 것이었다.
그러한 힘의 영역에서, 지구를 중심으로나, 많은 행성들에서도 서로 끌어당기는 중력, 만유인력, 중심력이 있었다는 것이다. 그 후에는 인간의 눈부신 발전에 의해서 아주 작은 원자에서도 작용하는 힘이 존재함을 알게 되었다. 이처럼 힘의 기본(인간이 발견해 낸 것으로)이 만유인력(중심력)과 전자기력, 그리고 강력과 약력이라는 용어로써 만물의 세계 속에 작용하는 힘을 발견해 낸 것이었다. 그러나 이러한 힘의 종류가 전부는 아닐 것이다. 아직 발견되지 못하였거나 이해되지 못한 힘의 영향력에 대해서는 있을 수 있겠다고 생각을 버릴 수가 없겠다.
그럼, 여기서 창조자가 창조한 만물의 세계에는 그 만물들을 유지하기 위해서는 어떤 힘이 작용하도록 하였다는 것으로 이해할 수가 있겠다. 태초에 첫 창조는 빛이었다. 이로써 시간과 공간이 나타났으며, 시공간 속에서 만물들이 창조되었다는 사실인 것이었다. 이런 시공간 속에서 만물들이 창조되고 존재할 수 있도록 어떤 작용력(힘)도 창조되었다고 보아야 할 것이다. 그 힘들 중에는 만물이 존재하는 데에 중요한 영향력을 주고 있는 것이 중력이라고 할 수가 있겠다.
뉴턴은 놀랍게도 이런 사실을 정리함으로써 인간의 의식세계에 엄청난 변화를 주었던 것이었다. 즉 편만한 땅이 아니라 허공에 떠있는 공 같은 곳에 인간과 자연에 모든 것이 존재하고 살아간다는 것을 만유인력, 중력이라는 작용력(힘)의 존재를 깨닫게 된 것이었다. 그러면서 우주라는 용어까지 등장하게 되었으며, 태양계와 은하계 등등 그리고 무한한 우주공간을 생각하게 되었던 것이었다.
그러나 잠시 창조자의 창조세계에 눈을 돌려본다면, 대우주관인 우주의 천체의 움직임에 빼놓을 수 없는 만유인력과 보이지 않는 소우주관으로써 원자세계에 작용하는 힘, 강력과 약력에 대해서도 창조자 하나님은 창조의 범주에 속한다는 사실이다. 즉 물질적 창조, 만물이나 생물 등이 존재와 생존에 필요한 역학적 원리를 세우셨다는 것이다. 좀 더 진보해 생각하면, 보이지 않는 또 다른 세계인 정신세계, 영적 세계 속에서도 역시 작용력, 어떤 힘이 존재한다는 사실이다.
그렇다면, 이러한 힘과 에너지의 창조도, 그 목적이 있을 것이다. 다시 말하면, 만물에 힘과 에너지가 있어서 존재가 가능케 되듯이, 보이지 않는 세계인 영적세계에서도 어떤 힘과 에너지가 있어서 영향력을 주고 있다고 생각할 수가 있는 것이다.
그런데 인본주의 인간들은 주로 그 원리를 분석하여 모방하여 자기들의 이익을 위한 응용력에 쓰려고 하는 방향으로 과학이 발전해가고 있다는 것에서 집고갈 말은, 시 널 평야에서 있었던 바벨탑의 사건을 기억해야 할 것이다.
그러나 창조주 하나님을 경외하는 신앙관으로 바라보는 인간의 이성관에서는 단순한 조직원리가 아닌 존재의 원리를 이해하는 방향으로 바라보는 과학이라면, 천지가 그를 찬송할 것이며, 천지가 주의 규례들대로 있음을 깨닫게 될 것이다.
「천지가 그를 찬송할 것이요. 바다와 그중의 모든 생물도 그리할지로다.」(시편 69:34)
「여호와께서 이와 같이 말씀하시니, 내가 주야(晝夜)와 맺은 언약이 없다든지, 천지의 법칙을 내가 정하지 아니하였으면........」(예레미야 33:25)
