중력 바라보기 _ 6화

뉴턴의 선택, 빈 공간에서 서로 잡아당기는 힘

어린 시절의 궁금증 중에서 가장 풀리지 않았던 문제는 이것이었다. 내 주변의 모든 물체는 지지받는 대상이 없으면 땅으로 떨어지는데 유독 해와 달 그리고 별들만 떨어지지 않는 문제 말이다. 심지어 아주 아름다운 별똥별들도 지상으로 자신을 내던지는데 말이다. 어린 시절에 그 누구도 이 문제를 직관적으로 설명시켜 주지 못했다. 그래서 '그놈의 중력'을 한번 적어보기로 한다.

뉴턴의 선택, 빈 공간에서 서로 잡아당기는 힘

지금 시대에 ‘인력’을 바라보는 시각과 중세시대라고 불렸던 그 시기에 ‘인력’을 바라보는 시선은 완전히 정 반대였다. 인력 개념은 14~17세기를 살았던 사람들이 바라보기에는 마술 같은 사상이었다. 허공을 사이에 두고 서로 ‘마법’처럼 작용하던 힘이 어쩌면 그 당시에 중력과 인력을 바라보는 가치관이었다. 일명 ‘원격작용’이라고 불렸던 이 개념은 연금술 만큼이나 비주류였다. 뉴턴이 이러한 원격작용인 인력을 중력의 개념으로 선택하게 된 근본적인 이유는 어쩌면 그가 연금술에 심취해 있었기 때문일 것이다. 합리주의자였던 뉴턴은 데카르트의 관성 개념을 차용하기 시작한다.

‘외부의 힘이 영향을 주지 않는 한 물체는 현재 상태와 속도를 계속 유지하게 된다. 즉, 외부에서 힘의 작용이 없는 물체는 직선방향으로만 운동한다.’
[데카르트의 관성개념]

이 법칙에 따르면 우주공간 속에 존재하는 모든 물체는 직선방향으로 영원히 움직이게 된다. 외부에 의한 힘의 작용이 없다면 말이다. 하지만 그 당시 사람들이 관측한 가까운 태양계 내의 천체들은 태양 주위를 원 모양으로 계속 돌았다. 결론은 태양이 태양 주위를 회전하는 행성에 힘을 미치기 때문이었다. 즉, 뉴턴은 사과를 달과 같은 높이에 올려놓은 후 달과 똑 같은 속도로 던지게 되면 달과 동일하게 지구를 돌게 될 것이라는 생각이었다.

뉴턴의 프린키피아 영문판 표지와 책 내용중 중력을 설명한 그림

이것으로 수천년 간 인간을 괴롭히던 항상 존재하는 힘은 ‘대지와 하늘’을 분리하지 않고 하나의 설명으로 기술할 수 있게 되었다. 모든 물체는 서로 잡아당긴다. 서로 잡아당기며 상호작용을 하게 되지만 하나의 물체가 다른 하나에 비해 비교할 수 없을 만큼 크다면 한쪽으로 이동하게 되는 것이다.

하늘의 천체 또한 대지 위의 물체와 동일한 운동을 하고 있다는 사실을 밝혀낸 뉴턴은 중세시대 이후 다양한 과학적 발견의 토대를 만들었다. 달이 1초 동안 낙하한 거리와 달의 위치에 가져다 놓은 사과가 1초 동안 자유 낙하한 거리가 수학적으로 일치하는 것을 보여준 사건은 중력에 관한 인류의 획기적인 인식 변화를 가져왔다.

중력 바라보기 _ 1화 / 중력에 대한 물음. 건축물로 바라보다
중력 바라보기 _ 2화 / 에녹서에 나타난 우주관과 중력에 대한 인식
중력 바라보기 _ 3화 / 고대인들의 우주관과 중력에 대한 인식
중력 바라보기 _ 4화 / 그리스 시대, 변화된 중력에 대한 인식
중력 바라보기 _ 5화 / 중력 인식에 대한 균열, 떨어지는 게 아니라 끌어당기는 게 아닐까?
중력 바라보기 _ 6화 / 뉴턴의 선택, 빈 공간에서 서로 잡아당기는 힘
중력 바라보기 _ 7화 / 하나의 보편적인 법칙, 치명적인 아리따움 
중력 바라보기 _ 8화 / 뉴턴 이후의 중력 _  중력은 힘이 아니라 시공간의 휘어짐이다
중력 바라보기 _ 9화 / 마성의 중력, 중력을 설명하는 신 설명체계가 존재하지만 여전히 뉴턴