풍성화의 글

떨어지는 사과를 보면서 만유인력의 법칙을 만들어낸 뉴턴. 이 법칙으로 우리는 지구가 어떻게 태양의 둘레를 돌며, 무거운 물체나 가벼운 물체가 어떻게 같은 시간에 떨어지는가에 대해서 설명할 수 있습니다. 과연 뉴턴은 떨어지는 사과를 보고 갑자기 만유인력법칙을 생각해낸 것일까요? 그러나 이것은 잘못 알려진 꾸며낸 이야기일 뿐입니다. 1664년 페스트가 유행하여 많은 사람들이 영국의 케임브리지를 떠났고, 18개월 동안의 휴교가 시작되었습니다. (마치 최근의 코로나19로 휴교령이 1년 6개월 이상 지속된 것이고 이 때 뉴턴은 귀향을 하면서 수학과 철학을 마음에 두고 중요한 발견을 하게 된 것이지요) 이때 그가 가장 몰두한 연구 중 하나는 달이나 행성이 어떻게 원(또는 타원) 궤도로 움직이는가 하는 것입니다. 그..

갈릴레오는 무거운 물건일수록 빨리 떨어진다는 2000년 동안의 믿음에 의문을 제기했습니다. "만약 그것이 옳다면 무거운 물건과 가벼운 물건을 무게가 없는 끈으로 묶어 떨어뜨리면 어떻게 될 것인가?" 무거운 물건은 상대적으로 빨리 떨어지려 하고 가벼운 물건을 상대적으로 천천히 떨어지려 하기 때문에 하나씩 다로 떨어뜨릴 때 중간속도로 떨어진다는 대답이 나올 수 있습니다. 또한 함께 묶었을 경우 무거운 물건보다 더 무섭기 때문에 더 빨리 떨어진다는 결론이 나와 앞의 대답에 모순되고 맙니다. 이러한 사고실험을 통해서 갈릴레오는 아리스토텔레스의 이론을 부정했다고 합니다. 하나의 에피소드를 소개하도록 하겠습니다. 1590년 어느 날 갈릴레오는 손에 두 개의 쇠공을 들고 7층이나 되는 피사의 사탑에 올라갔습니다. 꼭..

갈릴레오는 이탈리아에서 최초로 망원경을 만든 것으로 널리 알려져있죠. 사업 수완이 좋았던 그는 1,000다커트의 돈과 종신교수의 직위를 받고 베네치아에 망원경을 만들어 팔았습니다. 당시 사람들 대부분은 망원경을 장난감이나 전쟁기구로 여겼으나, 갈릴레오는 망원경을 통해 관측한 사실을 근거로 코페르니쿠스의 우주체계를 열렬히 지지했다고 합니다. “나는 굴절 광학의 법칙을 이용하여 관의 양끝에 2개의 렌즈를 달면 될 것 같다고 생각했다. 하나는 평볼록 렌즈고 다른 하나는 평오목 렌즈다. 오목 렌즈 쪽에 눈을 가까이 대자 물체가 대략 3배 가깝게, 그리고 9배 가량 크게 보였다. 노력과 비용을 들이자 나는 육안보다 물체를 30배 가깝고, 1000배나 크게 보이는 우수한 기계를 만들 수 있게 되었다.” -, 161..

케플러의 행성 운동 법칙의 특징은 다음과 같다고 말씀드렸었습니다. 1. 행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원궤도를 그리면서 공전한다. 2. 행성과 태양을 연결하는 가상적인 선분이 같은 시간 동안 쓸고 지나가는 면적은 항상 같다. 3. 행성의 공전주기의 제곱은 궤도의 긴반지름의 세제곱에 비례한다. 이러한 법칙을 발견하게 해 준 것은 티코 브리헤가 당대 최고의 천문관측 기록을 남겼기 때문이라고 볼 수도 있죠. 케플러 이전 사람들은 어느 누구도 천체의 운동은 원이며 한결같다는 생각에서 벗어나지 않았습니다. 그러나 티코의 관측 자료를 얻어 탐구를 계속한 케플러는 원에 대한 믿음에 의문을 가지기 시작했습니다. 그래서 그는 등속원운동이라는 생각을 버리고 다른 기하학적인 궤도를 찾기 시작한 것이지요. 티코의 관측 자..

케플러는 행성에 관한 세 가지 법칙으로 유명합니다. 바로 행성운동법칙이지요. 아이작 뉴턴이 자신이 발견한 운동법칙과 케플러의 법칙을 기반으로 만유인력의 법칙을 유도해냈으니, 천문학에 지대한 영향을 미쳤다고 할 수 있습니다. 1596년 그는 우주에 관한 최초의 저서인 를 저술했습니다. 케플러가 찾으려 했던 것은 태양에서 행성까지의 거리와 행성의 공전 속도 사이에 간단한 기하학적 관계를 구하고 그것을 증명하는 것이었습니다. 세 가지 법칙은 다음과 같습니다. 첫번째, 모든 행성의 궤도는 태양의 하나의 초점에 두는 타원궤도다. 두번째, 태양과 행성을 잇는 직선은 항상 일정한 넓이를 훑고 지나간다. 세번째, 행성의 공전 주기의 제곱은 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다. 케플러가 이 세가지 법칙을 얻을 수 있었던 것..

티코가 코페르니쿠스의 우주체계를 부정하기 위해 제시한 결정적인 증거는 별의 시차 문제였습니다. 시차란 관측상의 위치에 따라 물체의 보이는 방향에 차이가 생기는 것을 말합니다. 즉 지구가 태양의 주위를 돈다고 하면, 지구에서 가까운 별을 관측했을 때 그 위치는 6개월을 간격으로 크게 달라집니다. 불행히도 시차는 티코의 눈이 아무리 좋다고 해도 관측하기가 힘들죠. 지구에서 가장 가까운 별은 센타우루스 알파(프록시마)인데, 이 별의 연주시차가 겨우 0.76초에 불과하기 때문입니다. 1초는 1도의 3,600분의 1에 불과하니까요. 결국 시차는 1838년 이르러 망원경의 개량과 사진기술 덕택에 독일의 천문학자 베셀에 의해 처음으로 측정되었습니다. 1570년 그는 천문 관측 장비인 사분의(Quadrant)를 개량해..

티코 브라헤(tycho brache)는 인류 최고의 육안 관측 천문학자였습니다. 그는 행성운동에 관한 이전가지의 모든 관측자료를 부정하고 집요한 관측 활동을 통해 태양 중심의 우주 체계를 옹호하는 데 큰 역할을 했지요. 그는 점성술의 가르침을 믿고 천체를 연구했습니다. 점성술에 따르면 각각의 행성은 고유의 영향력을 갖습니다. 태양은 창조력과 통솔력, 달은 본능과 감수성, 수성은 통신, 금성은 동정심과 쾌락,화성은 자기 주장과 의지력, 목성은 열정과 반전, 토성은 규율과 책임을 뜻합니다. 행성 간의 상호 관계도 중요했는데, 태양을 사이에 두고 행성이 전 반대에 있을 경우는 충돌이나 곤란한 상태를 나타내고, 행성이 겹쳐 있는 경우는 조화를 뜻한다고 믿었습니다. 그러나 1572년, 타코는 카시오페이아 자리에서..

1514년경 코페르니쿠스는 자신의 첫 번째 저서라고 할 수 있는 를 완성했습니다. 그는 책을 통해 태양은 우주의 중심이며 지구는 태양을 중심으로 도는 한 개의 행성에 불과하다는 주장을 했지요. 그러나 사람들은 이 혁명적인 생각에 관심을 가지지 않았습니다. 그는 책을 출판하기 이전에 자신의 생각을 간단히 적어 사람들에게 돌려 읽혔는데, 자신의 고민과 학설이 논쟁의 대상이 되지 않기를 원했던 것이지요. 다행히 우주에 관한 혁명적인 학설을 세상에 내놓은 것은 그의 제자 레티쿠스 덕분이었습니다. “과학이 가설을 설정할 때 동시에 우리가 그것을 믿을 필요는 없다. 그것은 다만 과학적인 계산의 기초가 된다는 의미밖에 없다. 따라서 가설은 진실인 것처럼 보일 필요조차도 없다. 다만 관찰에 적합한 계산을 가능하게 하는..

원운동의 중심에 지구가 있다는 생각은 우리 일상의 경험에서 자연스럽게 도출되었죠. 지구가 스스로 하루에 한 번 자전하며, 태양의 둘레를 1년에 한 번씩 공전하는 것은 우리가 모두들 알고 있는 사실이기도 하고요. 그러나 이것은 우리가 실제로 느낄 수가 없습니다. 지구가 하루에 한 바퀴씩 돈다면 우리는 일상 생활 속에서 속도감을 느끼게 되지 않을까요? 지구의 자전만 고려하더라도 지구의 둘레가 약 40,000km 이므로 적도에서는 한 시간에 40,000/24=1,666(km)의 속도가 되며, 초속으로 환산하면 1,666(km)/3,600(s)=463(m/s)이 됩니다. 이 속도는 음속보다 빠릅니다. 그러므로 지구가 우주의 중심이며 하늘이 지구를 중심으로 하루에 한 바퀴씩 돈다는 지구 중심의 우주 체계는 옛날 ..

폴란드가 자랑하는 세계적인 과학자가 있습니다. 바로 천문학의 궤도를 바꾼, 중세를 지배하던 지구 중심의 천동설을 부정하고 태양 중심의 지동설을 주장한 코페르니쿠스입니다. 코페루니쿠스는 처음으로 태양 중심 우주 체계를 주장했던 저서 에서 다음과 같은 7가지 명제를 정리했습니다. 1. 천체나 천구에 단 하나의 중심만 있는 것은 아니다. 2. 지구 중심은 우주의 중심이 아니다. 단지 달의 궤도와 중력의 중심일 뿐이다. 3. 모든 행성은 그 궤도의 중심에 있는 태양의 둘레를 회전한다. 그러므로 우주의 중심은 태양 근처가 된다. 4. 지구와 태양 사이의 거리는 항성 천구(별들이 붙어 있는 천구로 당시는 이것이 실재한다고 생각함)까지의 거리에 비해 눈에 띄지 않을 정도로 짧다. 5. 하늘이 운동하는 것처럼 보이는 ..