팽이, 전자, 그리고 지구 III (고전/양자/천체)

이제 팽이, 전자, 그리고 지구의 마지막 편인 지구에 대해 얘기할 차례이다. 결국 팽이와 전자와 지구의 공통점에 대해서 얘기를 하려고 했던 건데 이야기가 길어진 것 같다. 사실 제대로 하자면 거의 책 한 권 분량이 될 수도 있는 그러한 주제였던 건데 뭘 모르고 덤볐던게 화근이었던 것 같다. 어쨋든 앞 글을 재밌게 읽어주신 분들 계시면 끝까지 읽어주시면 더욱 고맙겠다.

 

그럼 복습 차원에서 두가지 질문을 던져보자.

1) 팽이와 전자의 공통점은?

2) 팽이와 전자의 차이점은?

 

1)번의 답은 회전운동과 세차운동이 공통점이라는 것, 2)번의 답은 세차운동을 일으키는 힘의 종류가 다르다는 것 이다. 그러면 이제 본격적으로 지구에 대해 살펴보기로 하자. 지구도 24시간에 한번씩 자전을 하면서 365.24일에 한번씩 태양의 둘레를 공전한다. 지구의 회전축인 자전축은 공전면의 수직축에 대해 약 23도 기울어져 있는데 이 자전축이 만약 어떤 힘에 의한 토크를 받으면 세차운동을 하게 될 것이다. 그런데 실제로 지구가 세차운동을 하는 것이 밝혀졌다. 그것도 5000년전 이미 이집트 초기문명 시대부터 전해져 내려오고 있었다. (초고대 문명에 대한 책들을 보면 피라미드와 같은 고대의 거대한 유적들은 대부분이 지구의 세차운동을 후세에 알려주기 위해 어떤 고대의 문명인들에 의해 세워졌다고 하는데 그들은 까마득히 오랜 옛날에 존재하다가 알 수 없는 이유에 의해 모두 멸망했다고 한다.)

 

그러면 지구의 세차운동의 주기는 과연 얼마일까? 놀라지 마시라.. 무려 2만6천년이나 된다. 그런데 이 26000을 360으로 나누면 72에 가까운 숫자가 나온다. 즉, 72년마다 지구의 축이 1도씩 움직인다는 말이 된다. 지구의 세차운동은 태양의 춘분점의 별자리를 이동시키는 요인이 되므로 아주 옛날이라 하더라도 끈기만 있으면 그 움직임을 관측할 수도 있었을 테나 과연 72년에 1도씩 움직이는 움직임을 초고대 문명의 도움 없이 옛날 선조들이 알아낼 수 있었을까 하는 의문은 남는다. (그래서 초고대 문명을 상정하는 학자들의 마음이 이해 안되는 건 아니다.)

 

뭐 그렇든 말든 어쨋든 신기한 한가지는 이 천체의 움직임에 공통적으로 사용되는 숫자가 있다는 사실이다. 즉, 1년 360일(근사적으로), 1달 30일, 1년 12달, 그리고 1도-세차주기 72년 등 모두 6의 배수가 된다는 사실이다. 이러한 사실을 알게 되면 순간 섬뜩해지게 된다. 마치 정말 조물주가 있어서 이 지구의 움직임을 이런 간단한 숫자에 의해 지배되도록 일부러 설계해 놓은 것이 아닌가 하는 생각이 들 정도로 우연의 일치치고는 섬뜩하지 않을 수 없다. (성경에 보면 7은 하나님의 수, 6은 인간의 수라고 명명되어 있다.)

 

삼천포로 너무 빠지면 안되니까 다시 본론으로 돌아오기로 하자. 어쨋든 지구는 자전운동을 하면서 아주~ 아주~ 느리게 세차운동을 하고 있다. 그렇다면 세차운동을 일으키는 바로 그 토크의 요인은 무엇일까? !! 그것은 바로 지구가 완전히 구체가 아님에 기인된다고 생각할 수 있다. 만약 지구가 완전한 구체라면 어떨까? 그러면 지구는 공중에 붕 뜬 상태에서 그 자전축이 어떠한 토크도 받지 않게 된다. 즉, 자전축의 회전이 전혀 없는 말 그대로 완벽한 각운동량이 보존되는 그러한 시스템이 되는 것이다.

 

하지만 지구는 완벽한 구체가 아니라 적도 부근이 약간 더 부풀어 있는 타원형이어서 적도 부근이 좀 더 무겁다. 그러므로 이 적도는 태양이나 달의 인력(중력 또는 만유인력)에 의해 지구의 기울어진 상태를 바로 잡으려는 쪽 즉, 자전축을 곧바로 세우려고 하는 쪽으로 힘을 받게 될 것이다. 그러므로, 그러한 자전축을 수직으로 정렬시키고자 하는 이 인력이 바로 지구 자전축에 가해지는 토크가 되고 이 토크에 의해 자전축이 지구공전면의 수직축에 대해 세차운동을 하게 되는 것이라고 생각할 수 있다.

 

필자가 이 부분에 있어서 자신있게 단정짓는 어투로 쓰지 못하는 이유는 천문학자가 아니어서 아직 천문학자의 감수를 받지 못했고 그냥 물리적인 지식을 바탕으로 썼기 때문이다. 혹 이 글을 읽는 분 중에서 천문학도가 계시면 위 내용이 맞는지 틀린지 한 수 가르침을 베풀어주시면 고맙겠다.

 

어쨋든 결론은, 팽이는 개구쟁이의 놀이터에도 존재하고, 너무 작아서 현미경으로도 보이지 않는 미시세계에도 존재하며, 그리고 너무 커서 망원경으로도 보이지 않는 거시세계, 즉 우주에도 존재한다는 사실이다. 전혀 관련없어 보이는 세 영역의 너무도 다르게 보이는 물체들이 그러나 간단하면서도 동일한 원리에 의해 똑같이 작동되고 있다는 사실이 놀랍지 않은가!!

 

나무에서 떨어지는 사과를 보면서 사과가 떨어지는 원인과 달이 지구를 도는 원인이 같다라는 것을 밝혀낸 사람이 바로 뉴튼이며 결국 근대과학은 그 뉴튼의 사과로부터 시작되었다. 즉, 자연계에 전혀 다르게 보이는 영역의 어떤 현상들을 좀 더 통일적인 원리로 설명해내고자 하는 시도가 바로 근대과학의 방법론이 된 것인데 이러한 방법론의 첫 시도자가 바로 뉴튼인 것이므로 그가 근대과학의 아버지라는 호칭으로 불리는 것은 너무도 적절하다.

 

어쨋든 우리도 팽이를 보면서 뉴튼처럼 미시세계를 거쳐 거시세계까지 여행을 하고 돌아왔는데 재미있는 여행이 되었었길 바라면서 이만 마치고자 한다.

 

2007/07/02