[박종진의 과학 이야기] 뉴턴의 사과

박종진

역사적으로 유명한 사과를 꼽자면 이브의 사과, 뉴턴의 사과, 세잔의 사과, 그리고 애플 컴퓨터의 사과 등이다. 그 중에서도 역사상 인류에게 가장 큰 영향을 준 사과는 바로 아이작 뉴턴의 사과다.  
 
전염병이 돌아서 학교를 떠나 고향에 내려온 뉴턴은 어느 날 우연히 나뭇가지에 매달렸던 사과가 떨어지는 것을 보고 갑자기 바보스러운 생각을 했다. 줄기에서 끊어진 사과는 왜 하늘로 치솟지 않고 땅 쪽으로 떨어지는지 궁금했던 뉴턴은 평소 엉뚱한 짓을 참 많이 하고 살았다.  
 
달걀을 삶으려고 끓는 물 속에 회중시계를 넣은 것도 모자라서 이번에는 부엌에서 바깥으로 통하는 문에 큰 구멍, 그리고 그 옆에 작은 구멍을 나란히 냈다. 당시 뉴턴은 개 두 마리를 기르고 있었는데, 한 마리는 덩치가 컸고 다른 한 마리는 작은 강아지였다. 개들이 들어 오겠다고 문짝을 긁어 대고, 또 나가려고 문을 열어 달라고 보채서 열심히 만유인력을 연구하는 데 방해가 되었던 참에 개들 마음대로 들어오고 나갈 수 있도록 구멍을 두 개 내주었다.  
 
하녀 생각에는 큰 구멍 하나만 내도 작은 강아지까지 들어오고 나갈 수 있는데 왜 구태여 구멍을 두 개씩이나 내주었는지 이상했다. 하녀는 그런 머리에서 나올 만유인력의 법칙이라는 것은 하등 쓸 데 없을 것으로 생각했다.
 

하녀의 걱정대로 뉴턴은 만유인력의 존재는 규명했지만, 그 힘이 어디서 왜 생기는지는 알지 못했다. 세월이 흘러 아인슈타인이 등장할 때까지 수많은 물리학자가 중력이 어떻게 생긴 힘인지도 모르면서 중력을 이용하여 천체의 움직임을 정확하게 계산하고 예측할 수 있었다. 뉴턴은 세계적인 명사가 되었으며 감히 뉴턴에게 대드는 일은 스스로 과학자이기를 포기한 무모한 경우였다.
 
하지만 아인슈타인의 생각은 달랐다. 사과가 땅으로 떨어지는 이유는 지구가 사과를 잡아당기는 힘이 아니라 거대한 질량을 가진 지구가 시공간을 짓누르기 때문에 생긴 경사면에 사과가 붙잡혔기 때문이라는 다소 엉뚱한 생각을 했다.  
 
예를 들어 이불 소창을 펴서 한쪽 두 귀는 시어머니가 붙잡고 반대쪽 두 귀는 며느리가 붙잡아 팽팽히 당기고 있는데 곁에서 놀고 있던 어린 손자가 농구공을 팽팽히 펴진 소창 위에 던졌다. 농구공의 무게 때문에 이불 소창은 아래로 불룩 배가 나오게 된다. 재미가 들린 손자가 이번에는 탁구공을 그 위에 던졌다. 탁구공은 농구공이 만든 경사면을 따라 빙글빙글 돈다. 만약 공기의 저항과 소창 면에서 발생하는 마찰이 없다면 탁구공은 경사면을 따라 영원히 돌 것이다. 여기서 농구공을 태양으로, 탁구공을 지구로 바꾸면 지구는 진공이어서 저항이 없는 태양 주위를 끝없이 공전할 것이다. 뉴턴은 태양의 중력이 지구를 붙잡아서 그 주위를 공전시킨다고 생각했지만, 아인슈타인은 태양의 질량이 만든 공간의 왜곡에 지구가 붙잡혔다고 보았다. 같은 상황을 서로 달리 이해했다.
 
우리는 사과를 보면 먹음직스럽다는 생각이 들면서 뉴턴의 만유인력을 떠올린다. 그만큼 뉴턴의 사과는 우리 인류의 사고 자체를 바꿔놓았다. 웨스트민스터 사원에 잠든 뉴턴의 묘비명을 소개한다.  
 
'자연의 법칙은 밤의 어둠 속에 감춰져 있었다. 신이 "뉴턴이여 있어라!"라고 말씀하시자 모든 것이 밝아졌다.' (작가)
 
 

박종진