하루가 모여 인생이 된다

이번 이야기는 중력에 대한 개념의 변화 과정을 중심으로 전개됩니다.

1905년 아인슈타인이 발표한 특수상대성 이론은 가속 운동을 하는 중력에서 맞지 않습니다.

아인슈타인은 중력과 상대성 이론에 대해 오랜 시간 동안 고민하게 됩니다.

아이작 뉴튼은 20대부터 ‘다른 물체는 땅으로 떨어지는데 왜 커다란 달은 떨어지지 않을까?’라는 의문을 가지고 있었습니다.

그 당시 이 현상에 대한 설명은 그리스 철학자 아리스토텔레스의 이론이었습니다.

아리스토텔레스는 하늘과 땅의 움직임이 서로 다르기 때문이라고 설명합니다.

하늘의 천체는 완벽한 원 궤도로 움직여 서로 충돌하지 않습니다.

하늘과 달리 지상은 끊임없이 변화가 일어나는 불완전한 세계이며 불과 공기와 물 그리고 흙으로 만들어집니다.

이 물질들은 본래에 있어야 할 곳으로 돌아가는 회귀본능이 있기 때문에 돌은 땅으로 떨어진다고 설명합니다.

아이작 뉴튼은 이런 생각에 동의하지 않고 하늘의 달과 땅의 사과가 다르게 움직이는 이유를 갈릴레오의 관성 법칙에서 가져옵니다.

관성이란 물체의 운동 상태를 유지하려는 성질입니다.

마찰이 없는 경사면에 있는 공은 처음 높이에 도달할 때까지 운동합니다.

만약, 경사면 반대쪽을 평평하게 한다면 공은 무한히 운동할 것입니다.

이 사고를 공을 던지는 경우 나타나는 현상으로 확장해 봅니다.

공을 던지면 중력으로 인해 땅으로 떨어집니다.

공이 땅에 닿지 않게 하려면 공이 땅에 닿기 전에 땅을 내리면 됩니다.

반복적으로 땅을 내리게 되면 구 모양, 즉 지구가 됩니다.

이것이 뉴튼의 생각입니다.

이제 뉴턴이 고민을 시작하게 된 '왜 커다란 달은 떨어지지 않을까?'라는 의문으로 다시 돌아갑니다.

사과와 달이 떨어지는 이유는 질량을 가지고 있는 물체가 서로 잡아당기기 때문입니다.

이 힘을 만유인력이라고 합니다.

만유인력은 두 물체의 질량이 클수록 강해지고 두 물체 사이의 거리가 가까이 있을수록 서로 강하게 잡아 당기는 힘입니다.

뉴튼은 사과를 달과 동일한 높이로 옮겨 넣을 때를 생각해 봅니다.

달은 앞으로 운동하는 동안 지구 쪽으로 떨어집니다. 달이 떨어지는 높이만큼 사과도 동일한 시간 동안 같은 높이가 떨어진다면 사과와 달은 같은 힘을 받고 있는 것입니다. 바로 중력입니다.

이 중력에 대한 현대적 개념은 영국의 왕립학회에서 가장 중요하게 보관하고 있는 아이작 뉴튼의 프린키피아에 정리 되어 있습니다.

이제 아인슈타인이 고민하는 중력과 특수 상대성 이론으로 돌아갑니다.

우주에 있는 우주선은 무중력 상태입니다.

그러나 가속을 하고 있는 우주선에서는 반대 방향으로 몸이 쏠립니다.

우리가 땅에 서 있는 것은 가속을 하고 있는 우주선과 같은 것입니다.

결국 가속도와 중력은 같은 것입니다.

다이빙 할때는 높이도 중력도 느낄 수 없습니다. 자신의 무게를 느끼지 못하며 중력이 사라진 것 같습니다.

속도가 바뀌거나 방향이 바뀌면 가속운동입니다.

원 운동은 대표적인 가속운동입니다.

원은 여러 개의 선으로 이루어졌다고 생각할수도 있습니다.

여러 개의 기차로 이루어진 원이 있다고 가정합니다.

이 기차가 빨라질수록 특수 상대성 이론에 의하면 원 운동이 짧아집니다.
속도가 빠르면 빠를수록 원래 길이는 짧아집니다.

지름도 변하지 않았고 파이(π)값도 변하지 않았는데 왜 짧아질까요?

아인슈타인의 이러한 고민은 워싱턴의 한 사원에서 현실로 나타납니다.