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갈릴레오 갈릴레이 『대화』 ③ 밀물과 썰물을 지구의 운동으로 설명하라 본문

완결된 연재/(完) 고전 맛보기

갈릴레오 갈릴레이 『대화』 ③ 밀물과 썰물을 지구의 운동으로 설명하라

Editor! 2016.05.04 09:14

「과학 고전 맛보기」는 근대 과학의 아버지 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564~1642년)의 『대화』와 『새로운 두 과학』 일부를 소개하는 연재물입니다. 『대화』는 천동설과 지동설의 치열했던 지적 논쟁을 다룬 책으로 천문 우주 과학의 문을 열어젖힌 갈릴레오의 위대한 유산입니다. 『새로운 두 과학』은 갈릴레오가 젊은 시절부터 연구했던 물체의 운동 법칙을 집대성한 책으로 실험 물리학과 과학적 방법론의 초석을 세웠습니다.

그 첫 번째 책 『대화』는 1632년 출간 당시 초판이 모두 팔리며 지동설 확산의 기폭제가 되었을 뿐만 아니라 1633년의 그 유명한 갈릴레오 종교 재판의 단초가 되었는데요. 갈릴레오는 개성 있는 세 인물의 대화 형식으로 당대 최신 이론을 쉽고 재미있게 소개하고 있어, 과학 고전은 어렵고 지루하다는 고정 관념에서 벗어날 기회가 될 것입니다. 「과학 고전 맛보기」는 매주 수요일 총 6회에 걸쳐 진행될 예정입니다. 근대의 여명을 밝히고 새로운 과학의 탄생을 이끈 갈릴레오의 뛰어난 설명력과 탁월한 통찰력을 음미하면서, 고전의 매력에 빠져 보세요.


등장인물

사그레도  교양 있는 중립적인 시민

살비아티  코페르니쿠스의 지동설 지지자, 갈릴레오의 분신

심플리치오  아리스토텔레스의 이론 및 프톨레마이오스의 천동설 지지자



<과학 고전 맛보기> 갈릴레오 갈릴레이 『대화』 

③ 밀물과 썰물을 지구의 운동으로 설명하라


살비아티 만약 지구가 움직이지 않으면, 바닷물의 밀물과 썰물은 저절로 일어날 수가 없다. 우리가 지구에게 부여한 그런 운동을 하면, 바닷물은 실제로 우리가 관찰하는 것과 똑같이 밀물·썰물이 일어나야 한다. 

내가 제시한 원인이 그 현상들도 설명할 수 있는지 살펴보도록 하세. 우선 매일의 밀물·썰물에 대해서 이야기하겠네. 조수는 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 어떤 장소에서는 바닷물이 단순히 위로 올라가고 아래로 내려가고 할 뿐, 어떤 방향으로 움직이지는 않는다. 다른 어떤 장소에서는 높이는 바뀌지 않으면서, 동쪽으로 갔다 서쪽으로 갔다 하기만 한다. 또 다른 어떤 장소에서는 높낮이와 흐르는 방향이 둘 다 바뀌기도 한다. 여기 베네치아에서는 그렇게 된다. 물이 밀려 들어오면서 높아졌다가 빠져나가면서 낮아진다. 이런 현상은, 동서로 펼쳐진 만의 끝부분에 해변이 넓게 있어서, 물이 올라오면서 퍼질 공간이 있으면 일어난다. 만약에 산이나 둑이 물길을 막으면, 물은 앞으로 나아가지 못하고, 이에 대해 올라갔다 내려갔다 할 뿐이다. 가운데 부분에서는 물의 높이가 바뀌지 않으면서, 이리로 갔다 저리로 갔다 하며 움직이게 된다.

이렇게 알려져 있는 실제 현상만 놓고 보면, 다른 현상들은 모른다 하더라도 자연의 범위 내에서 생각하는 사람은 누구나 다 지구가 움직인다는 사실에 설득당하게 될 걸세.

심플리치오 이런 현상들은 최근에 생긴 게 아닐세. 까마득한 옛날부터 있었으며, 수없이 많은 사람들이 보아 왔네. 상당수의 사람들은 이것을 설명하기 위해서 이러저러한 이유를 고안해 내곤 했지. 여기서 멀지 않은 곳에 위대한 소요학파 철학자 한 명이 살고 있는데, 그가 최근에 아리스토텔레스의 책에서 이 현상에 대한 원인을 끌어냈네. 

이 현상은 바로 바다의 깊이 차이에서 생긴다는 것을, 그는 아리스토텔레스의 책에서 이끌어 냈네. 가장 깊은 곳에 있는 물은 양이 많고 무겁기 때문에, 물을 더 얕은 곳으로 밀어낸다. 이 물들이 올라갔다가 다시 내려가려고 하는데, 이런 끊임없는 싸움으로부터 바닷물의 조수가 생긴다. 

밀물과 썰물이 달에서 유래한다고 생각하는 사람들도 많이 있네. 달은 바닷물을 통솔하는 특별한 능력이 있다는 것이지. 최근에 어떤 성직자가 쓴 조그마한 책에 보면, 달이 하늘에서 돌아다니면서, 물을 자신에게로 끌어당겨서, 자기를 따라 움직이도록 만든다고 씌어 있네. 그렇기 때문에 달 바로 아래 부분은 늘 밀물이 되지. 그런데 달이 지평선 아래로 내려가고 난 다음에 다시 밀물이 되는 것에 대해서는 제대로 설명하지 못하고 있어. 달이 물을 자연스레 끌어당기는 힘이 있을 뿐만 아니라 그 힘을 황도대의 반대편 별들에게 전해 주는 게 아닌가 하고 써 놓았네. 잘 알고 있겠지만, 어떤 사람들은 달이 물에 열을 가하기 때문에, 물의 온도가 올라가서 부피가 커져 밀물이 된다고 설명해 놓았네. 

살비아티 심플리치오, 자네가 방금 말한 이런 것들이 실제로 가능성이 있다고 보는가? 내가 자네를 위해 짤막하게 설명해 주지.

물의 표면이 더 높으면, 낮은 위치에 있는 물을 몰아내지. 그러나 물이 더 깊다고 해서, 다른 물을 몰아낼 수는 없네. 높은 물이 낮은 물을 몰아내더라도, 그들은 곧 평형을 이뤄서 가만히 있게 돼. 자네가 말한 소요학파 철학자가 생각하기로는, 이 세상의 모든 호수들과(호수들은 밀물·썰물이 없으니까) 조수의 변화가 없는 바다들은 바닥이 완전히 평평한 모양이지? 설령 깊이를 재는 방법이 없다 하더라도, 섬들이 물 위로 올라와 있는 것을 보면, 바닥이 고르지 않다는 것을 알 수 있네. 달은 매일 전체 지중해 위를 지나지만, 물이 올라가는 것은 동쪽 끝과 여기 베네치아에서만 일어나는 현상이라고, 그 성직자에게 일러 주게. 

달이 열을 가해 바닷물이 부풀어 오른다고? 병에다 물을 담은 다음에 불로 데워 보라고 그래. 병의 물이 손톱만큼이라도 올라갈 때까지 병을 잡고 있으라지. 그러고 나서 바닷물이 부풀어 오르는 것에 대해 글을 쓰라지. 달이 왜 어떤 부분의 물은 부풀어 오르게 하면서, 다른 어떤 부분은 그냥 놔두는지 물어보게. 여기 베네치아에서는 간만의 차가 크지만, 안코나, 나폴리, 제노바에서는 그 차가 작거든.



심플리치오 우리 사이니까 솔직하게 말하겠는데, 지구의 움직임 때문에 조수가 생긴다는 것은, 내가 지금까지 들은 다른 이론들과 마찬가지로 엉터리 같네. 이 자연 현상에 잘 어울리는 그럴 법한 설명이 제기되지 않는 한, 나는 이게 초자연적인 현상이라고 주저 없이 말하겠네. 이것은 기적이며, 사람들의 머리로는 헤아릴 수 없다.

그릇을 움직이지 말고, 뭔가 다른 방법을 써서 설명해 주게. 바닷물을 담고 있는 지구라는 그릇은 움직이지 않고 있으니까.

사그레도 심플리치오, 이것을 자네가 제시한 터무니없는 의견과 같은 것으로 분류하려 하지 말게. 기적이란 말은 함부로 쓰면 안 돼. 자연의 범위에서 모든 주장들을 다 검토하고 난 다음에야 기적을 찾아야 하네.

살비아티 나도 그렇게 생각하네. 밀물과 썰물이 지구의 움직임 때문에 자연히 생긴다고 해서, 그게 기적이 아니라는 말은 아니지. 

우리가 토론하던 것으로 돌아가세. 내가 다시 한 번 강조하겠는데, 지중해에서 관찰할 수 있는 온갖 종류의 바닷물의 움직임들은, 지금까지 누구도 그 원인을 제대로 설명하지 못했어. 물을 담고 있는 땅바닥이 움직이지 않는다면 말일세. 매일 관찰할 수 있는 여러 현상들 때문에, 이 문제는 깊은 수수께끼 속에 빠졌네. 내가 이런 현상들을 설명할 테니 귀 기울여 듣게.

사그레도 만약 지구가 움직인다고 가정하면, 이 놀라운 현상들이 어떻게 해서 자연스럽게 생기게 되는지 정말 궁금하군. 어서 설명해 주게.

살비아티 우리가 감지하는 물의 움직임은 그 물을 담고 있는 그릇이 움직이지 않는 한 불가능하네. 이것을 확립했으니, 물그릇을 움직이면, 실제로 관찰한 것과 같은 현상이 일어나도록 만들 수 있는지 따져 보세. 그릇에 담긴 물이 이쪽 끝으로 움직였다 저쪽 끝으로 움직였다 하도록 그릇을 움직이는 방법에는 두 가지가 있네. 한 가지는, 그릇의 한쪽을 다른 쪽보다 낮추는 것이지. 다른 한 가지는, 그릇을 기울이지 않은 채 움직이는 것이지. 일정한 속력으로 움직이는 것이 아니라 속력을 바꾸면서 말일세. 즉 가속을 했다 감속을 했다 하면서.

배에 담긴 물은 잔잔히 수평을 이루고 있겠지. 그러다가 배가 어떤 장애물에 부딪혔거나, 또는 장애물을 피해 돌기 위해서 배의 속력이 갑자기 뚝 떨어졌다고 생각해 봐. 물은 앞으로 움직여서 이물 쪽으로 쏠리게 돼. 이물 쪽에서는 물이 올라가고, 반대로 고물 쪽에서는 물이 내려가지. 배가 그 속에 담긴 물에게 하는 일, 물이 자신을 담고 있는 배에게 하는 일은, 바로 지중해 밑바닥이 그 속에 담긴 바닷물에게 하는 일, 바닷물이 자신을 담고 있는 지중해 밑바닥에게 하는 일과 완전히 똑같네. 그다음에 우리가 할 일은, 지중해를 비롯한 모든 바다의 밑바닥, 즉 지구의 모든 부분들이 분명히 불규칙하게 움직이는 게 사실임을 보여야지. 비록 지구 자체는 고르고 일정하게 움직이고 있지만 말일세.

지구가 공전이든 자전이든 어느 한 운동만 하면, 지구 전체는 물론 모든 부분들이 일정한 속력으로 고르게 움직이지만, 이 두 운동을 섞으면, 지구의 각 부분들이 이런 식으로 고르게 움직이지 않고, 공전 운동에다 자전 운동을 더하거나 빼야 하니까, 가속이 되었다가 감속이 되었다가 한다. 물그릇의 경우 속력이 빨라졌다 느려졌다 하면, 거기에 담긴 물이 전체 길이를 따라 뒤로 쏠렸다 앞으로 쏠렸다 하면서, 양 끝에서 물이 높아졌다 낮아졌다 하는 것이 사실이다. 이건 실험을 통해 확인했다. 그렇다면, 바닷물의 경우도 이런 현상이 나타날 수 있지 않겠는가? 아니, 반드시 나타나야 하지 않겠는가? 밑바닥이 그런 식으로 움직이고 있잖은가? 특히 동서로 펼쳐진 바다가 더 심할 것이다. 밑바닥이 바로 동서 방향으로 움직이고 있기 때문이다. 이게 바로 밀물·썰물을 일으키는 가장 근본적인 실제 원인일세.




  

갈릴레오 갈릴레이(1564~1642년)

릴레오는 근대 과학의 아버지로 불리는 이탈리아의 자연 철학자이다. 그는 이탈리아 토스카나 대공국의 피사에서 태어나 1581년에 피사 대학교 의학부에 입학했으나 중퇴하고 수학을 공부했다. 이후 갈릴레오는 실력을 인정받아 1589년에 피사 대학교 교수가 되었지만, 과거의 학설을 맹목적으로 따르는 학교 분위기에 적응하지 못하고 1592년에 파도바 대학으로 자리를 옮겼다. 그는 1609년에 망원경을 이용해 최초로 천체를 관측한 후 그 놀라운 발견들을 책으로 펴내 유럽 최고의 유명 과학자가 되었으며, 1610년에 토스카나 대공의 제일 수학자로 취임했다. 한편 1612년부터 태양 중심 이론에 대한 반대가 거론되기 시작했는데, 이런 분위기 속에서 1632년에 펴낸 『대화』가 문제가 되어 그해에 종교 재판에 회부되었다. 종교 재판에서 갈릴레오는 공개적으로 자신의 신념을 부정하고 참회해야 했고, 이후 피렌체 근교에 있는 가택에 연금된 채 여생을 마쳤다. 이 때문에 갈릴레오는 교회에 맞선 대표적인 과학의 순교자로 묘사되기도 한다.

갈릴레오는 과학 전반에 광범위한 업적을 남겼다. 그는 뛰어난 성능의 망원경을 제작, 천체들을 관측하여 목성의 위성, 해왕성을 발견하는 등 천문학을 혁명적으로 발전시켰다. 그리고 정교하게 설계된 실험과 관측을 통해 관성의 법칙, 자유 낙하의 법칙 등의 초안이 될 만한 의미 있는 결과들을 도출했다. 또한 갈릴레오는 왕성한 연구 활동을 토대로 많은 책을 발표했다. 주요 저서로는 『별들의 소식(Sidereus Nuncius)』, 『해의 검은 점에 대해서 마르크 벨저에게 보내는 편지(Istoria e Dimostrazione intorno alle Macchie Solari e Loro Accidenti Comprese in Tre Lettere Scritte all'illustrissimo Signor Marco Velseri)』, 『시금저울(Il Saggiatore)』, 『대화(Dialogo)』, 『새로운 두 과학(Due nuove scienze)』 등이 있다.


※ 매주 수요일(4.20~5.25) 연재되는 「과학 고전 맛보기」 는 다음과 같이 진행될 예정입니다.

1. [『대화』편] ①지구의 자전을 느끼지 못하는 이유는? [바로가기]

2. [『대화』편] ②그래도 지구는 돈다! [바로가기]

3. [『대화』편] ③밀물과 썰물을 관성의 법칙과 지구의 운동으로 설명하라

4. [『새로운 두 과학』편] ④원자론과 무한수를 넘나드는 갈릴레오의 통찰

5. [『새로운 두 과학』편] ⑤아리스토텔레스와 정면 승부! 물체의 낙하 운동을 논하다!

6. [『새로운 두 과학』편] ⑥작은 고추가 맵다! 물체의 크기와 강도에 대하여


[관련 도서]

※ 책 제목을 클릭하면 자세한 정보를 볼 수 있습니다.

『대화』

『새로운 두 과학』

『갈릴레오』

『빅뱅 스쿨 9


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