중력의 특징(원격 작용)

중력의 특징(원격 작용)

중력의 특징(원격 작용)

뉴턴의 사과는 천상계와 지상계를 하나로 통합하는 그런 사과였습니다. 그리고 뉴턴이 발견한 그 만유인력의 법칙, 즉 중력의 법칙은 우주에서 단 한 곳에 예외도 없이 우주의 역사와 함께 영원히 적용될 그런 법칙이었습니다. 이 만유인력의 법칙, 즉 중력의 법칙은 몇 가지 특성이 있습니다. 이번에는 그 특성에 대해서 잠깐 알아보도록 하겠습니다. 여러분이 쉽게 예상할 수 있듯이 이 중력은 물체가 무거우면 무거울수록 힘이 세집니다. 즉, 예를 들어서 만약에 현재 지구의 질량이 2배가 된다면, 지구가 사과를 끌어당기는 힘은 2배가 된다는 뜻입니다. 또한 이 중력은 멀리 떨어지면 떨어질수록 힘이 약해집니다. 비록 힘은 무한히 멀리까지 작용하지만, 거리가 점점 멀어지면 힘이 약해진다는 뜻이죠. 예를 들어서 만약에 현재 태양과 지구 사이의 거리가 반으로 가까워진다면, 태양이 지구를 끌어당기는 힘이 더 강해집니다. 얼마쯤 강해지느냐 하면, 사실 거리가 반으로 줄어들면, 힘이 4배로 강해집니다. 사실 제곱에 반비례하기 때문에 그런데요. 수식으로는 이걸 여러분이 보시는 이 식으로 쓸 수 있습니다. 물론 수식에 대해서 알레르기가 있는 분은 그냥 가볍게 무시하면 되겠습니다. 다만, 제가 여기서 여러분한테 이 수식을 보여드리는 이유는 이 모든 것들을 아주 정교하게 수학적 이론으로 만들 수 있다는 것을 보여드리고 싶었기 때문입니다. 그런데 이 중력에는 수수께끼가 하나 있습니다. 그것을 우리가 원격 작용이라고 합니다.

원격 작용

바로 이런 것입니다. 태양이 지구를 잡아당깁니다. 그리고 물론 지구도 태양을 잡아당기죠. 그런데 태양과 지구 사이에는 무려 1억 5,000만 km가 떨어져 있습니다. 빛으로도 8분이 넘게 걸리는 그런 거리인데요. 도대체 어떻게 해서 태양은 지구를 잡아당기는 것일까요? 그 멀리 떨어져 있는 거리가 있음에도 불구하고 말이죠. 여러분이 일상생활에서 경험하는 보통의 모든 힘들은 사실 서로 닿아 있어야 힘이 작용합니다. 여러분이 지금 옆에 있는 어떤 물체를 한번 밀어 보시죠. 여러분이 그 물체를 밀려면 손을 그 물체에 가깝게 가져가서 접촉을 해야 됩니다. 만약에 접촉하지 않은 상태에서 여러분의 손으로 그 물체를 밀 수 있다면 여러분은 초능력을 가지고 있는 것이죠. 물론 그렇게 하는 사람도 있다고 합니다. 예외적으로 예를 들면, 무협영화에 나오는 무림의 고수들은 소위 장풍이라고 하는 걸 쓸 수 있습니다. 그래서 손바닥으로 이렇게 하면, 저 멀리 있는 사람이 갑자기 나가떨어지기도 하죠. 그런데 사실 그런 일은 일어나지 않습니다. 물론 그런 걸 믿고 있는 분도 있을지 모르겠지만, 죄송합니다. 적어도 과학에서는 그런 일은 없습니다. 여러분이 옆에 있는 어떤 사람을 끌어당기고 싶으면, 그 사람의 손을, 그 사람의 옷을 여러분의 손으로 잡아야죠. 그리고 끌어야 합니다. 그렇지 않고 그냥 여러분이 손을 이렇게 해서는 그 사람한테 힘을 줄 수 없죠. 그런데 태양은 어떻게 지구에 1억 5,000만 km나 떨어져 있는데, 손가락 하나 까딱하지 않고 지구에 힘을 미칠 수 있는 걸까요? 또한 지구는 어떻게 사과에 손가락 하나 까딱하지 않고 사과를 밑으로 끌어당길 수 있을까요? 그 사이에는 아무것도 없는데 말이죠. 그래서 뉴턴 당시에 사람들은 이 원격 작용이라고 하는 중력의 성질에 반발을 하기도 했습니다. 특히 프랑스 학자들은 당시 데카르트의 영향을 받았기 때문에, 데카르트의 학설은 뉴턴의 학설 하고 굉장히 달랐거든요. 그래서 특히 뉴턴의 이론을 받아들일 수 없었습니다.

원격 작용에 대해서는 설명 못한 뉴턴

수많은 사람들이 여기에 대해서 의문을 가지고 있었고 왜 이렇게 원격 작용이 일어나는지 뉴턴한테 알려달라고 했는데요. 뉴턴은 여기에서 아무런 대답도 하지 않았습니다. 단지, 이렇게 답변을 했을 뿐입니다. '독자들도 한번 같이 생각을 해보기 바란다. ' 뉴턴이 별로 할 말이 없었나 보죠? 또는 이런 말을 하기도 했습니다. '사실은 바로 이것이 우리 우주에 신이 존재한다는 증거다. ' 하나마나 한 얘기죠. 그래서 뉴턴의 이론은 비록 굉장히 정밀하고 성공적인 이론이었지만, 수수께끼 같은 원격 작용의 성질이 있었습니다. 사람들은 이걸 해결하기 위해서 다시 수백 년을 기다려야 했습니다. 여기에 대해서는 우리가 빛의 정체에 대해서 얘기를 할 때 그리고 상대성 이론에 대해서 얘기할 때 다시 논의할 기회가 있을 것입니다.