과학/우주/의학 세상 속의 공식 1) 만류인력의 법칙[발롱도르~]

 

역사적으로 유명한 사과를 꼽자면

Apple 사의 사과가 가장 먼저 떠오르는 사람이 많을거야

 

그런데 이 사과보다 먼저 유명해진 사과가 있지

 

 

바로 뉴턴의 사과야

 

뉴턴은 오늘날 우리가 중력이라고 부르는 현상에 대해 생각하던 도중

떨어지는 사과에서 통찰을 얻었고 오늘의 방정식, 만유인력의 법칙을 유도해내지 어떻게?

 

아이작 뉴턴은 역사상 가장 위대한 과학자로 꼽히는데,

마지막 르네상스인이자 최후의 연금술사, 인류 역사상 가장 위대한 대과학자 고전 물리학의 아버지

 인력이란 참 불가사의한 힘이라 만유인력의 법칙 하나만으로 깔끔하게 정리되지는 않아

뉴턴과 동시대인들도 지구의 중력에 대한 개념정도는 어느정도 체감하고 있었지

사과가 떨어지는게 뉴턴에게만 보이던 것은 아니었으니까

 

하지만 사과가 땅으로 떨어지게 하는 힘이 행성들이 궤도운동을 하게 만들어주는 힘과 동일하다는 것까지는 아무도 생각하지 못했어

 

우주 만물이 동일한 자연법칙을 따른다는 만유인력은 당시 혁신적인 발상이었어

뉴턴은 이 법칙으로 달의 운행을 포함한 우주의 여러 현상들을 정확히 예측해냈지

하지만 만유인력의 법칙에 대한 결정적인 검증은 뉴턴이 세상을 떠나고도 한참 후에야 이루어 질 수 있었어

 

 

바로 천문학자 윌리엄 허셜이 1781년에 발견한 천왕성이야

공전주기가 84년에 달하는 천왕성은 발견 이후 1846년까지 겨우 한 번 공전운동을 마무리했는데

이때 천문학자들은 공전궤도에 께름칙한 점을 발견했어

만유인력의 법칙으로는 설명되지 않는 점이 있었지

 

따라서 학계는 태양계 어딘가에 미지의 행성이 숨어있고, 이 행성이 천왕성에 영향을 미치는 것이라고 생각했어

이 미지의 행성은 천문학자가 아닌 수학자의 손에서 나왔는데

이 행성이 바로 해왕성이야

 

1846년, 수학자 위르뱅 르베리에는 만유인력의 법칙을 통해 천왕성에 영향을 미치는 행성의 위치를 계산해냈고

천문학자들이 해당 위치를 관측하여 해왕성의 실재를 확인했어

르베리에는 망원경이 아닌 펜 끝으로 행성을 발견했다는 명성을 얻었고

만유인력의 법칙도 실제로 적용된다는 것이 검증되었지

 

그런데 이렇게 깔끔하게 끝나는 해피엔딩은 아니었어

수성의 공전궤도에서도 미세한 동요가 일어났었는데

천문학자들은 이런 미세한 변칙성 역시 아직 발견되지 않은 행성의 영향이라고 생각했지

수성보다 태양에 가깝게 돈다고 생각되는 이 행성의 이름은 불칸이라는 이름이 붙었어

그러나 우리가 학교에서 수금지화목토천해명 이라고 배우듯 그러한 행성은 영영 발견되지 않았지

뉴턴의 법칙에 근거한 다른 여러 가설들도 등장했지만 수성 궤도를 설명하기엔 역부족이었어

 

그러다 1916년, 또다른 불세출의 천재 알베르트 아인슈타인이 등장해

바로 자신의 일반상대성이론을 증명하기 위한 세 가지 테스트를 제안한건데

그중 한 가지가 수성 궤도의 알 수 없는 동요를 설명하는거야

 

수성의 운행이 만유인력의 법칙에서 벗어나는 편차는 미미했지만 어찌됐든 편차는 편차였고

뉴턴의 보편적 중력에 비해 아인슈타인의 상대적 중력은 이러한 편차도 깔끔하게 설명해 낼 수 있었지

이렇게 상대성이론의 등장을 시작으로 뉴턴이 정립한 고전물리학의 시대는 막을 내리고

현대물리학의 시대로 접어들어

그러나 그렇다고 뉴턴의 공헌도가 줄어들고, 뉴턴이 잘못된 이론을 주장한건 아니야

뉴턴이 정립한 세상 덕에 현재의 물리학까지 발전 해 올 수 있었고

고전물리학도 틀린 학문이 아니라 경우가 다를 뿐 실제로 적용할 수 있으니까

 

현대 학생들의 원성의 기초를 쌓은

현대 물리학의 대부분의 기초를 쌓은 뉴턴의 영향력은 앞으로 인류가 어떠한 발전을 이루던지

잊혀지지 않고 수많은 후배 과학자들을 받치고 있을거야