만유인력이란 질량이 있으면 보편적으로 이 힘이 작용한다는 의미
뉴턴의 중력이론은 만유인력(universal law of gravitation)으로도 불린다. 만유인력이란 질량이 있으면 그 어떤 물체이든
모든 물체에 보편적으로 이 힘이 작용한다는 뜻이다. 중세의 아리스토텔레스적인 세계관에서는 천상의 행성과 별들을 지배
하는 자연법칙과 지상의 물체들에 적용되는 자연법칙이 달랐다. 천상은 완벽한 세계여서 그 속을 운행하는 별과 행성은 완벽
한 원운동을 영원히 지속한다. 반면 지상의 추한 세계에서는 모든 물체가 힘을 추동하는 동인이 끊임없이 접촉하지 않으면
운동을 멈춘다. 잘 알려진 바와 같이 뉴턴은 사과를 충분히 세게 던지면 지구가 당기는 힘을 이기고 달과 마찬가지로 지구
주변을 궤도 운동할 수 있다고 추론했다. 반대로 지구 주변을 도는 달 또한 나무에서 떨어지는 사과와 근본적으로 똑같이
지구를 향해 (영원히) 낙하운동을 하는 것으로 생각했다. 즉, 천상의 질서와 지상의 질서가 뉴턴의 법칙을 통해 하나로 통합
된 것이다. 더는 아리스토텔레스식으로 천상의 자연법칙과 지상의 자연법칙이 나누어지지 않아도 된다. 질량이 있는 물체들
사이에 단 하나의 ‘보편법칙’, 즉 만유인력만 있으면 충분했다. 여기에 ‘만유’인력의 중요한 의의가 있는 것이다.
여기에는 한 가지 문제가 있다. 뉴턴 역학은 기본적으로 크기가 무한히 작은 점 입자에 대한 이론이다. 하지만 지구나 태양은
3차원 공간에 질량이 퍼져 분포해 있다. 서울 한복판에 서 있는 홍길동에게 미치는 지구의 중력을 생각해 보자. 지구는 수많
은 물질이 구형으로 뭉쳐져 있으므로 지구를 이루는 모든 질량요소가 홍길동에게 중력을 미친다. 멀리 부산에 있는 돌덩이,
바다 건너 일본열도, 지구 반대편 브라질, 태평양의 모든 물, 그리고 지표면 속의 모든 물질이 홍길동에게 중력을 미친다.
이 모든 요소를 다 합치면 어떻게 될까? 놀랍게도 지구의 모든 질량이 지구 중심에 점 입자로 집중되어 홍길동에게 중력을
미칠 때와 완전히 똑같은 효과를 발휘한다. 이는 지구-태양의 경우에도 성립하며, 질량이 구형대칭으로 분포해 있는 물체에
대해서 항상 성립하는 성질이다. 뉴턴은 이 문제를 해결하기 위해 한동안 무척 고민을 했다고 전해진다. 후대의 수학자인
독일의 가우스는 이 성질을 수학적으로 간단하게 정리했는데, 이를 가우스 법칙이라고 부른다.
만유인력의 법칙으로는 수성의 근일점 이동 문제를 해결할 수 없어
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첫댓글 만물을 움직이는 4대 힘 : 중력, 전자기력, 강력, 약력 !!!