뉴턴이 발견한 다양한 사실들
< 일러스트 출처: 미 의회도서관 제공 https://www.loc.gov/resource/cph.3a52071/) >
[위즈덤 아고라 / 이승원 기자]
뉴턴은 누구일까?
뉴턴을 생각하게 된다면 떠오르는 이미지는 사과다. 뉴턴은 사과가 머리 위로 떨어지는 것을 보고 중력을 생각해낸 일화로 유명하다. 뉴턴은 중력뿐만 아니라 물리학의 세계의 토대를 만들었다. 예를 들어, 가장 기본적인 ‘뉴턴의 3가지 법칙’, ‘빛의 입자설’ 등이 있다. 이 중 뉴턴의 3가지 법칙은 물리학의 기반이자 가장 중요한 법칙들을 정리한 것이다. 또한 뉴턴은 수학, 그 중 미적분학의 가장 기본이 되는 ‘미적분의 기본 정리’를 서술한 저자이다.
또한 그는 그의 몸을 실험 도구로 쓰는 데에도 거리낌이 없었던 것으로 알려져 있다. 그의 공책에서는 “내 눈과 뼈 사이에 최대한 뒤쪽에 가깝게 뜨개바늘을 밀어넣었다”라는 글귀가 적혀져 있었다.
이렇게 그는 수학과 과학의 기반이 되는 정리들과 지식들을 남기고 떠난 가장 위대한 과학자들 중 한 명이다. 또한 유럽의 과학 혁명의 마지막 발걸음을 내딛는 것도 그였다.
그가 만들어낸 업적들 중 가장 기본이 되는 것은 뉴턴의 3가지 법칙이다. 이 3가지 법칙은 모든 역학의 기본인 고전역학 중에서도 가장 기본이 되는 법칙이다. 수많은 과학 법칙들은 이 법칙에 기반하여 만들어졌다.
뉴턴의 3가지 법칙
뉴턴의 3가지 법칙은 다음과 같다 :
- 힘이 가해지지 않는 한, 모든 물체는 정지해 있거나 등속 직선 운동 상태를 유지한다.
- 운동의 변화는 가해진 힘에 비례하며, 그 힘이 가해지는 직선을 따라 이루어진다.
- 모든 작용에 대해 크기는 같고 방향은 반대인 반작용이 존재한다. 또는 두 물체의 서로에 대한 상호 작용은 언제나 크기가 같고 방향이 반대이다.
이렇게 3가지가 운동의 기본적인 법칙들이다. 이 세 가지는 쉽게 관성, 가속도, 작용과 반작용으로 불린다.
- 관성의 법칙
이 법칙은 알짜힘, 즉 전체 힘의 합이 0이라면 물체의 질량중심의 운동상태가 변하지 않는다는 것이다. 이 법칙은 얼음 위에서 쉽게 확인할 수 있다. 녹지 않는 단단한 얼음 위에 나무 블록 하나를 올린 후 밀고 기다리면 그 나무는 계속 쭉 끝까지 같은 속도로 이동할 것이다. 실제로는 얼음과 나무 사이에 존재하는 마찰력이라는 힘 때문에 속도가 천천히 줄어든다. 힘이 속도에 영향을 미친다는 사실은 다음 법칙에서 설명될 수 있다.
- 가속도의 법칙
이 법칙은 F=ma의 공식을 통해 설명된다. 이 공식을 처음으로 사용한 사람은 뉴턴이 아닌,수학자 오일러였다. 그러나 뉴턴은 이 관계의 원리를 그의 두 번째 법칙에서 설명했다. 두 번째 법칙에서는 알짜힘(F)은 질량(m)과 가속도(a)에 비례한다는 것을 말한다. 다시 말해, 힘이 클수록 물체의 속도가 더 빨리 변한다는 것이다. 위에서 설명한 힘이 속도를 줄이는 것도 마찰력이 속도와 반대인 방향으로 적용되어 속도를 줄이는 것이다. 이 법칙이 고전 역학에서 가장 많이 사용되고 가장 기본이 되는 공식들 중 하나이다.
- 작용과 반작용의 법칙
사람이 책상을 쳤을 때 책상이 흔들리는 동시에 사람의 손도 아프다. 이것은 책상이 받은 힘을 손에도 다시 전달했기 때문이다. 이 힘은 사람이 책상을 친 힘의 크기와 같다. 이처럼, 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 반대 방향으로 같은 크기의 힘이 되돌아온다.
이렇게 세 가지가 뉴턴이 설명한 운동의 기본적인 법칙들이다. 이 법칙들은 어떤 물체의 질량이 변하지 않는다고 가정하는 한 항상 성립한다.
뉴턴의 노트
뉴턴은 모든 공식과 정리를 노트에 적어놓았다. 그 노트의 과학적인 가치는 어마어마하며, 귀중한 물건으로 여겨진다.
2011년, 뉴턴의 노트가 처음으로 온라인에 스캔되어 공개되었다. 이 작업은 영국 케임브릿지 대학에서 진행되었다. . 뉴턴은 생전에 자신의의 노트를 공개하기를 꺼려했다. 그러나 동료 과학자였던 할리와 후크의 설득으로 그의 노트는 케임브릿지 대학교로 넘겨졌다. 그의 노트뿐만 아니라 그의 미적분학의 기초가 되어준 뉴턴이 양아버지에게 물려받은 공책도 같이 공개되어진 것으로 알려진다.
케임브릿지는 4,000여 장 이상의 페이지를 스캔했다. 이 노트가 온라인으로 풀린 계기는 대학교가 계획하고 있는 프로젝트로 인해서였다. 케임브릿지 대학교는 ‘케임브릿지 디지털 도서관’이란 프로젝트를 시작하려고 했다. 이 프로젝트는 대학교가 가진 모든 수집품들을 모두 디지털화해 온라인으로 기재하려는 것이다. 현재는 역사학, 신학, 과학, 지도, 등등의 다양한 학문과 관련된 수집품들이 스캔되어 있다.
2020년 9월, 케임브릿지 대학교가 가지고 있는 뉴턴의 노트를 영국 주요 언론 들인 BBC와 더선은 아이작 뉴턴이 대학교 학생일 때 썼던 노트를 포함하여 그가 연구할 때 썼던 노트들 총 140여 점을 구글 아트앤 컬처에 전시할 계획이라고 발표했다. 구글 아트앤 컬처는 구글에서 만든 앱으로, 다양한 학문의 유명한 장소들이나 작품들을 감상할 수 있도록 온라인 사이트에 장소에 대한 감상이나 구글 뷰를 올리거나 유명한 작가가 쓴 작품이나 화가가 그린 그림들을 전시한다.
뉴턴의 학생 시절 공책에는 그가 수학과 물리학, 형이상학 등에 대해 생각하고 탐구한 내용이 담겨있다. 그러나 이 노트는 대중에게 공개하기에 적합하지 않다는 이유로 세상에 책으로 출판되지 못했다.
뉴턴은 누구인가?
이제 뉴턴이 누구였고 어떠한 일을 했는지 알 수 있었다. 뉴턴은 수학과 과학에서 다양한 발견을 한 사람이다. 그는 수학과 고전역학에서는 첫 번째 발걸음을 걸었던 사람이고, 다음에 따라오는 사람들을 위해 길을 만들어가는 사람이었다. 그의 첫 걸음이자 위대한 걸음은 길이 기억될 것이다.
< 참고한 자료 및 링크 >
