빛의 물리학 2부 - 빛과 공간 > 일반상대성 이론 2

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땅에서는 물체가 떨어지는데 왜 달은 왜 떨어지지 않는가..

아리스토텔레스는 하늘과 땅의 움직임이 서로 다르기 때문이라고 생각합니다.

땅은 불완전하기 짝이 없고, 하늘은 완벽함 그 자체이니 움직임이 다를 수밖에 없다는 거죠. 

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천체는 완벽한 원운동을 하면서 자신의 궤도를 돌기 때문에 서로 충돌하지 않습니다. 

그 중심에 우리가 사고는 곳이 있습니다.

​하늘과는 달리 지상계는 끊임없이 변화가 일어나는 불완전한 세계입니다. 

이 불완전한 세계에 불은 변하지 않는 성질로 세상을 구성하는 기본 물질입니다.

​불 말고도 세 가지가 더 있습니다. 

공기, 물, 그리고 흙 

가벼운 것은 위로…. 무거운 것은 아래로…. 

​이 네 가지로 만든 물질들은 모두 본래 있어야 할 곳으로 돌아가는

회귀본능을 가지고 있죠.  돌도 자기 상태로 돌아가려 합니다.

그래서 떨어지죠.

아리스토텔레스는 이렇게 생각했습니다.

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아리스토텔레스 말대로라면 사과도 본래 위치로 가기 위해서 떨어집니다.

뉴턴은 그런 말을 믿는 성격이 아니었습니다. 

하늘의 달과 땅의 사과가…. 다르게 운동할 이유가 있을까? 

뉴턴은 그 답의 힌트를 갈릴레오의 관성 법칙에서 가져옵니다. 

관성의 법칙은 간단합니다. 

움직이는 물체는 계속 움직이려 하고, 

​정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려는 성질이죠. 

일상에서 관성의 법칙을 경험할 때가 있습니다. 

차가 정지하는데 몸은 계속 앞으로 가려 합니다.

​차가 다시 가면 몸이 젖혀지죠. 멈춰있으려고 하기 때문입니다. 

갈릴레오는 이것을 어떻게 알았을까요? 

마찰이 없는 경사면에 공을 놓으면 

반대편의 같은 높이까지 올라갔다가…. 다시 제 자리로 갑니다.

경사면 한쪽이 길어지면 어떻게 될까요? 공은 또 같은 높이가 나올 때까지 갑니다. 

경사면 길이를 더 길게 바꿔 볼까요? 마찬가지입니다.

그렇다면 반대쪽 경사를 아예 없애면 어떻게 될까요? 

역시 공은 그 높이가 나올 때까지 계속 나아갑니다. 

운동하고 있는 물체는 방해를 받지 않는 한 계속 직진합니다. 

달도 그렇게 가야 합니다. 공도 그렇죠 

관성의 법칙을 따른다면 이 공은 직선으로 하늘을 향해 날아갈 겁니다. 

하지만 공은 포물선을 그리다가 땅으로 떨어집니다.

중력 때문이죠. 

공을 세게 던져봐야 마찬가지입니다. 좀 더 멀리 가지만 결국 떨어집니다. 

그런데 공이 땅에 안 떨어지게 할 수가 있습니다.

공이 닿기 직전에 땅을 내려면 됩니다. 

공이 바닥에 닿지 못하게 계속 땅을 내립니다. 

계속 땅을 내리게 되면 지구입니다. 

이렇게 하면 공은 계속 지구 주변을 돕니다. 

사실 공은 떨어지고 있는 거죠 

이것이 뉴턴의 생각입니다. 

뉴턴의 이 생각을 그대로 적용해서 만든 것이 있습니다.

인공위성입니다.

달도 인공위성처럼 떨어지면서 지구를 돕니다. 

그런데 사과와 달은 도대체 왜 떨어지는가?

뉴턴은 서로 잡아당기는 힘 때문이라고 생각합니다.

뉴턴은 하나의 법칙을 만듭니다. 

뉴턴의 방정식은 복잡해 보이지만 사실 말로 풀어내면 단순합니다.

여기 두 물체가 있습니다.

이 두 물체는 서로 잡아당깁니다.

그 힘은 물체의 질량이 클수록 세집니다.

즉, 이 사과와 호두의 질량이 커질수록 잡아당기는 힘이 세진다는 말입니다. 

그리고 둘 사이의 거리를 가까울수록 힘이 세집니다. 

멀어질수록 약해지죠. 

정확히는 거리의 제곱에 반비례합니다.

그럼 이 호두와 사과가 어떻게 서로 당기는지 실험해 볼까요? 

사과와 호두를 바닥에 내려놓는다.