시간과 공간을 초월한 빅 히스토리, 코스모스 (3) 지식이 두려움을 정복할 때

시간과 공간을 초월한 빅 히스토리 코스모스 (3)

지식이 두려움을 정복할 때

 

코스모스를 아우르는 뉴턴의 법칙들

지식으로 두려움을 정복한 핼리 혜성의 발견

 

그리 멀지 않은 과거에, 인류는 범상치 않은 자연 현상을 불길한 징조로만 받아들였습니다. 가끔 예고 없이 하늘에 나타나는 혜성을 올려다보며, 우리는 기근과 전염병, 전쟁 등의 재앙이 다가오는 거라 믿고 두려움에 떨었습니다. 그 같은 경이로운 자연 현상에 대한 논리적인 설명이 없었기 때문입니다. 그런데 천재 과학자인 아이작 뉴턴과 역시 수많은 업적을 세운 과학자이자 그의 충실한 친구인 에드먼드 핼리 덕분에 오늘날 혜성은 물론 전 우주를 바라보는 인류의 시각은 전혀 달라지게 되었습니다.

 

만일 누군가가 절대 불변의 행성에 살고 있다면, 그가 할 일은 정말 아무것도 없을 것이다. 아예  생각할 필요가 없기 때문이다. 그런 세계에서는 과학하려는 마음이 일지 않을 것이다. 

칼 세이건, 『코스모스』

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현대 과학자들의 첫 페이지

- 코스모스를 아우르는 ‘운동의 법칙’과 ‘중력의 법칙’

 

1609년 천문학자 요하네스 케플러가 중요한 사실을 입증했습니다. 태양 주위 행성들의 궤도는 완벽한 원형이 아닌 타원형이며 태양에 가까울수록 더 빨리 움직인다는 거였습니다. 왜일까요? 태양의 보이지 않는 힘이 그런 차이를 만드는 것일까요? 원리는 뭘까요? 탄성의 법칙 같은 단순한 수학 법칙으로 그 현상을 설명할 수는 없었을까요? 도무지 그 답을 알아낼 수가 없었습니다. 이에 대한 답을 찾기 위해 핼리는 한 수학자를 떠올렸습니다. 수년 전 겨우 22살의 나이에 빛의 특성에 대한 핵심 문제를 풀었던 뉴턴이었습니다. 핼리는 까다롭고 유별난 그가 다른 학자들이 실패한 일을 해낼지도 모른다고 생각했습니다. 당시엔 그도, 다른 누구도 예상하지 못했지만 1684년 8월, 두 사람의 만남으로 세상은 여러 면에서 영원히 달라지게 됩니다.

결국 케플러는 원에 대한 동경이 하나의 환상이었음을 깨달았다. 지구도 코페르니쿠스가 말한 대로 과연 하나의 행성이었다. 그리고 케플러가 보기에 지구는, 전쟁, 질병, 굶주림과 온갖 불행으로 망가진, 확실히 완벽과는 아주 먼 존재였다. 이런 지구를 완벽하다고 믿었다면 나머지 행성들도 완벽에서 멀리 떨어져 있을 수 있다고 생각한 그는 다른 행성들에 대해서 알아보기 시작했다. 이렇게 해서 케플러는 고대 이래 행성이 지구처럼 불완전한 것들로 구성된 물체라고 이야기한 몇 안 되는 인물들 중의 한 사람이 되었다. 

칼 세이건, 『코스모스』

 

케플러는 자신이 수행한 긴 계산 과정을 따라가다가 혹시 지루하다고 불평할지 모르는 독자들을 위해 이런 메모를 하나 남겨 뒀다. "이 지루한 과정에 진력이 나시거든, 이런 계산을 적어도 70번 해 본 저를 생각하시고 참아 주십시오." 

칼 세이건, 『코스모스』

현대과학의 선구자, 아이작 뉴턴

- 우주시대를 위한 탄탄한 이론적 기반 마련

아이작 뉴턴은 신을 사랑한 인간인 동시에 천재였습니다. 그는 완벽한 수학적 문장으로 자연의 법칙을 썼습니다. 사과부터 달 행성들까지 무수히 많은 것에 적용되는 보편적인 공식이었습니다. 아직 한 발은 중세에 디딘 채 뉴턴은 태양계 전체를 상상했습니다. 뉴턴의 법칙들은 태양이 어떻게 먼 세계들을 붙들고 있는지 밝혀 줬습니다. 태양계의 정확한 움직임과 아름다움을 설명하는 데 더 중력으로 증명할 수 있었습니다. 뉴턴이 태양계에 대한 궁금증들을 설명하자 무수히 많은 질문들이 이어졌습니다. '프린키피아'에는 뉴턴이 발명한 미적분학과 우주여행을 위한 탄탄한 이론적 기반도 포함돼 있었습니다.

뉴턴은 폭발적으로 추력을 증가시키며 날아가는 포탄을 상상해 봤습니다. 뉴턴은 속도만 충분하면 그 포탄이 중력을 뿌리치고 지구의 궤도까지 날아갈 수 있을 거라고 추론했습니다. 그 구상이 모든 걸 바꿉니다.

 

케플러와 뉴턴은 인류 역사의 중대한 전환을 대표하는 인물이다. 이 두 사람은 비교적 단순한 수학 법칙이 자연 전체에 두루 영향을 미치고, 지상에서 적용되는 법칙이 천상에서도 똑같이 적용되며, 인간의 사고방식과 세계가 돌아가는 방식이 서로 공명함으로 밝혔다. 그들은 관측 자료의 정확성을 인정하고 두려움 없이 받아들였다 그리고 그들은 행성들의 움직임을 정확하게 예측함으로써 인간이 코스모스를 대단히 깊은 수준까지 이해할 수 있다는 확고한 증거를 제시했다. 오늘날 세계화된 우리의 문명, 우리의 세계과 그리고 현대의 우주 탐험은 전적으로 그들의 예지에 힘입은 것이다. 

칼 세이건, 『코스모스』

핼리 혜성의 발견

- 지식으로 정복한 두려움

이따금 하늘에 나타나는 기이하고 아름다운 방문객들의 정체가 뭘까요? 핼리는 믿을 만한 목격담을 수집하며 탐정처럼 그 수수께끼를 조사했습니다. 핼리가 찾은 가장 오래된 혜성 관측 기록은 1337년 6월, 비잔틴의 천문학자이자 수도사인 니케포루스 그레고라스가 남긴 것입니다. 핼리는 1472년에서 1698년 사이에 유럽에서 기록된 혜성 관측 자료를 전부 찾아냈습니다. 그때는 검색 엔진이나 컴퓨터 같은 게 없던 시절입니다. 핼리에겐 책과 지성뿐이었습니다. 핼리는 각 혜성의 관측 기록을 보고 그 혜성이 지나간 경로의 모양을 알아냅니다. 뉴턴 외엔 아직 누구도 그의 새로운 법칙을 천문학에 적용해 보지 않았습니다. 혜성이 긴 타원형 궤도로 태양을 돈다는 사실을 발견한 건 핼리가 뛰어난 수학적 능력으로 이룩한 쾌거입니다. 그가 또 최초로 알아낸 사실이 있습니다. 1531년, 1607년, 1682년에 목격된 혜성이 똑같은 혜성, 76년마다 돌아오는 하나의 혜성이란 거였습니다. 이는 패턴 인식의 훌륭한 본보기로 핼리는 50여 년 후, 그 혜성이 다시 나타날 것을 예측합니다. 오랜 세월, 혜성은 신비주의자들의 버팀목이었습니다. 그들은 혜성을 불길한 징조로만 여겼습니다. 핼리는 신비주의자들의 독점 분야에서 그들을 능가합니다. 이전까지 어떤 과학자도 발을 들이지 않았던 분야... '예언'입니다. 자신의 다음 홈런이 관중석 어느 쪽으로 날아갈지 예언하던 베이브 루스처럼 핼리는 확신했습니다. 1758년 말에 그 혜성이 돌아와 하늘의 특정 영역에서 특정한 방향으로 날아갈 거라고 말입니다. 어떤 신비주의자도 그만큼 정확한 예언을 했던 적은 없을 겁니다. 

 

 

혜성은 인류에게 공포감과 함께 경외심을 불러일으켜 왔으며, 마음을 홀리는 망령된 미신의 빌미를 제공하기도 했다. 하늘에 이따금씩 등장하는 혜성은 영원불멸하고 질서정연한 위대한 코스모스에게 도전장을 내미는 존재로 여겼다.

칼 세이건, 『코스모스』

코스모스의 마지막 예언

- 우리 은하와 안드로메다 합쳐진다?

핼리는 뉴턴의 법칙 덕분에 50년 후의 미래를 내다보고 한 혜성의 움직임을 예측할 수 있었습니다. 그 후로 과학자들은 뉴턴의 법칙을 이용해 달은 물론, 우리 태양계 너머로 가는 길을 열었습니다. 우리는 코스모스를 서서히 알아가고 있습니다.      우리에겐 마지막 예언이 남아 있습니다. 뉴턴의 중력 법칙만 가지고 저 같은 천문학자들이 확실히 예측할 수 있는 사실입니다. 지금으로부터 수십억 년 후 우리 은하가 이웃 은하인 안드로메다와 합쳐질 거라는 겁니다. 항성들 간의 거리는 각각의 크기에 비해 엄청 멀기 때문에 실제로 별들이 충돌하는 경우는 드물 겁니다. 그때까지 살아남은 생명이 있다 해도 안전할 겁니다. 그들은 십억 년에 걸친 빛의 향연을 감상할 겁니다.

                       

과학자가 아닌 사람들이 제시한 것만이 아니라, 과학자들이 제시한 가설들 중에도 훗날 틀렸다고 밝혀지는 것이 많다. 그러나 과학은 자기 검증을 생명으로 한다. 과학의 세계에서 새로운 생각이 인정을 받으려면 증거 제시라는 엄격한 관문을 통과해야 한다. (중략) 우리는 어느 누가 근본적이고 혁신적인 사고를 할지 미리 알지 못하기 때문에 누구나 열린 마음으로 자기 검증을 철저히 해야 한다. 

칼 세이건, 『코스모스』

* 더 알고 싶은 분을 위한 팁!  

키워드 : 혜성

안상현의 『우리 혜성 이야기』 : 천문학자와 아마추어 천문인, 그리고 별을 사랑하는 모든 사람에게 혜성의 역사와 역사 속의 혜성을 동시에 바라볼 수 있게 하는 길잡이! 지구를 찾아온 혜성에 매료된 적이 있는 분이라면 필독서!

 

* 본 포스팅은 내셔널지오그래픽 채널의 제공으로 네이버캐스트(오늘의 과학 - 다큐사이언스)와 함께 연재되며, 사이언스북스 블로그에는 일부 내용이 추가되어 있습니다. 

'시간과 공간을 초월한 빅 히스토리, 코스모스 ' 시리즈 보기

(1) 코스모스 (클릭) 

(2) 생명의 강물 (클릭)

글·영상/사진 제공 : 내셔널지오그래픽채널 http://www.ngckorea.com  

내셔널지오그래픽채널 “시간과 공간을 초월한 빅 히스토리, 코스모스”

2014년 3월 15일 토요일 밤 11시 첫 방송(매주 토요일 밤 11시 방송)

1980년, 전 세계 7억 5천만 명의 시청자를 열광시킨 칼 세이건의 [코스모스]. 2014년, 내셔널지오그래픽채널에서 더욱 화려하게 부활한다. 총 제작비 450억, 총 에피소드 13편, 전 세계 180개국 동시 방송! 과거에도 있었고, 현재에도 있으며, 미래에도 있을 그 모든 것!