3. 근대의 과학자들

봉건체제의 몰락 및 자본주의 경제의 부흥과 때를 같이하여 커다란 사회적 운동이 일어났다. 이 운동이 바로 르네상스(14-16세기)와 종교 개혁(16∼17세기)이다. 르네상스는 고전으로 복귀하자는 운동으로서 고대 그리스 사상에 숨겨졌던 인본주의와 합리주의 사상을 되살림으로써 자연과학 발달의 토대를 다졌다. 또 종교개혁으로 신 대신에 인간이, 교회 대신에 성경이, 중세 스콜라 철학(신학적-철학적 학설) 대신에 고전으로 그 중심이 옮겨졌다. 특히 과학발전에 지장을 초래했던 스콜라 철학이 퇴색하자, 신학에 억압되었던 모든 학문이 일제히 그 굴레에서 벗어났고, 모든 학자들은 아무런 구속 없이 참된 학문 연구를 할 수 있게 되었다.

 이에 근대 과학을 태동케 한, 또 근대과학 발전의 중심에 선 과학자들을 통해 당시의 과학의 발전상을 보고자 한다.

 

가. 지동설

 지구는 행성의 하나로 자전하면서 태양 주위를 공전한다는 우주관을 말한다. 태양중심설이라고도 한다. 150년경 그리스의 K.프톨레마이오스에 의해 제안되었던 천동설은 중세까지 거의 1400여 년간 태양계의 운동을 설명하는 유일한 이론으로 존속되었다. 그후 폴란드의 N.코페르니쿠스는 1543년 출판된 《천구의 회전에 관하여 De Revolutionibus Orbium Coelestium》에서 태양중심설을 제창하였다.

코페르니쿠스는 태양으로부터 가까운 순으로 수성·금성·지구·화성·목성·토성 등의 행성들이 배열되어 있으며, 각 행성들은 일정한 속도를 가지고 태양주위를 원운동한다고 생각했다. 그러나 이 이론이 비록 그 때까지의 지구가 우주의 중심이라는 생각을 바꾸어 놓을 수 있는 것이라 할지라도, 이를 뒷받침할 관측자료를 제시하지 못하였다. 이런 관측자료는 덴마크의 T.브라헤에 의해 제공되었는데, 그의 제자인 J.케플러는 이 자료를 이용하여 태양을 중심으로 지구가 어떻게 움직이는가 하는 것에 관하여 세 가지 법칙을 만들었다.

한편, 케플러와 같은 시대에 살았던 이탈리아의 과학자 G.갈릴레이는 망원경을 발견하여 이를 통한 많은 관측으로 1632년 출간된 그의 저서 《프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 두 대우주체계에 관한 대화》에서 코페르니쿠스의 태양중심설이 옳다고 주장하였다. 그는 행성들의 공전궤도가 타원이라는 케플러의 견해보다는 원이라는 코페르니쿠스의 생각을 믿었고, 특히 목성은 자신의 둘레를 원운동하는 4개의 위성을 거느리고 태양 주위를 원운동한다고 보았다.

 

(1) 코페르니쿠스(1473-1543)

 인류의 역사에서 가장 혁명적으로 사람의 생각을 바꾸게 한 것은 태양이 지구 주위를 도는 것이 아니고 지구가 태양의 주위를 회전한다는 것을 알게 된 뒤부터이다. 그런데 이 지동설을 최초로 문제 삼은 것은 코페르니쿠스였다. 그래서 사고의 대변혁을 코페르니크스적 변혁이라고도 부른다. 당시까지는 아리스토텔레스의 의지론적 자연관이 사고를 지배하고 있을 때였다. 즉, 지구가 우주의 중심에 있기 때문에 모든 물체가 땅으로 떨어지는 것은 만물에는 근원을 찾아가고자 하는 의지가 있기 대문이라고 해석하는 철학적 사고가 팽배해 있기 때문이었다. 그런데 지구가 중심이 아니라는 생각은 모든 질서를 뒤죽박죽이 되게 하는 일이었다.

아리스토텔레스는 지구를 중심으로 7개의 행성이 돌고 있는데 이 행성들은 달(月), 수성(水), 금성(金), 태양(日), 화성(火), 목성(木), 토성(土)이라고 알고 있었는데  이것이 지금의 일주일의 이름이 되고 있는 것을 보면 당시 그 믿음이 얼마나 컸는가 하는 것을 짐작케 하고 있다. 코페르니쿠스의 지동설에 영향을 미친 사람 중의 하나는 프톨레마이오스이다.

 

프톨레마이오스 (Ptolemaeos, Klaudios) [85?~165?],영어명은 Ptolemy(톨레미)

그는 127∼145년경 이집트의 알렉산드리아에서 천체(天體)를 관측하면서, 대기에 의한 빛의 굴절작용을 발견하고, 달의 운동이 비등속운동임을 발견하였다. 천문학 지식을 모은 저서 《천문학 집대성》은 아랍어역본(譯本)인 《알마게스트》로 더 유명한데, 코페르니쿠스 이전 시대의 최고의 천문학서로 인정되고 있다. 그가 천동설을 주장한 것에는 변함이 없었지만 해와 달과 행성들의 운동에 대한 자세한 계산 결과를 적은 완전한 수리천문서(數理天文書)는 코페르니쿠스의 지동설을 탄생시킬만한 자극제를 담고 있었다. 지동설에 영향을 미친 또 한 사람에는 뮐러가 있다.

 

뮐러(Muller, 1436-1476)

톨레미는 화성을 관측할 때 화성의 상대적인 위치가 4,5,6월에는 점점 서쪽에서 동쪽으로 이동하는데 7,8,9월 사이에는 거꾸로 다시 서쪽으로 돌아가는 것 같이 보이는 것을 복잡한 행성운동으로 설명했는데 뮐러는 1463년 이것이 지구가 움직이지 않는다는 생각에서 오는 억지라는 것을 지적했는데 이것은 바로 지동설로 옮겨가는 동기가 되었다. 또한 모든 천체가 하루에 한바퀴씩 돌려면 지구에서 제일 먼 곳에 있는 토성은 굉장히 빨리 돌아야 한다는 모순을 발견하게 되었다. 또 한가지 문제는 당시 이집트에서는 일년이 365일 하고 4분의 1일로 생각하고 있었는데 (실제는 365.2422일 정도) 1세기에 줄리우스 시저가 이집트 달력을 채택하고 나서(B.C.47년) 달력과 실제 절기하고 약간씩 차이가 쌓이기 시작해서 15세기에는 10일이나 차이가 생기게 되었다. 이건 농부가 씨뿌리는 시기를 정하는데도 문제가 되었고 교회에서도 부활절이 엉뚱한 시기에 돌아와서 문제가 되었다. 그래서 1475년에는 당시 교황이 천문학자인 뮐러에게 왜 이런 문제가 생기는지 이유를 밝히라는 분부를 하게 되었다. 뮬러는 자료가 부족하여 답을 못하고 있었는데 후에 그레고리 13세 때 1582년 10월 4일의 다음날을 10월 15일로 정해서 10일 차를 수정하고 서기를 4로 나누어서 나누어지는 해에 2월을 29일로 하고 100으로 나누어지는 해는 그 나눈 몫이 다시 4로 나누어지지 않는 해를 평년으로 해서 지금까지 태양력으로 쓰이고 있다.

 

1514년 다시 달력의 오차 문제가 나왔을 때  코페르니쿠스는 41세로 대학 교육을 미치고 수도원에서 천문관측을 하고 있을 때였는데 그는 이 달력문제로 분명히 지구가 태양을 중심으로 돌고 있다는 생각을 굳히게 되었다. 그러나 지동설을 그의 책 '천체의 회전에 관하여'라는 이름으로 출판하게 된 것은 그가 죽던 해인 1543년의 일이었다.

 

(2) 케플러(1571-1630), 타원운동 법칙

바일 출생. 군인의 아들로 태어나 4세 때에 천연두를 앓는 등 육체적인 병약함과 경제적인 빈곤 속에서 자랐다. 17세에 아버지가 전상으로 죽자, 이듬해 튀빙겐대학에 장학생으로 입학하여 신학을 공부하고 1591년 석사학위를 받았다. 그러나 신학에 싫증을 느끼고, M. 메스트린 교수로부터 소개받은 코페르니쿠스의 지동설(地動說)에 감동되어 천문학으로 전향하였다. 1594년 그라츠대학에서 수학과 천문학을 강의하는 한편, 점성력(占星曆)의 편수(編修)를 위촉받아 일하면서, 그 해 겨울의 강추위와 전쟁을 예고한 것이 적중하여 좋은 평판을 받았다. 1595년 천체력(天體曆)을 발간하고, 이듬해 《우주구조의 신비》를 출판하여 행성의 수와 크기, 배열간격에 대한 생각을 밝혔다. 이로 인하여 T. 브라헤와 G.갈릴레이를 알게 되었다.

당시는 신교와 구교의 싸움이 격렬하였으므로 신교신자인 케플러는 구교파로부터 심한 배척을 받았다. 그 후 1600년 그라츠대학을 떠나 프라하로 옮겨 브라헤의 제자가 되었다.

 

티코 브라헤 (Brahe, Tycho) [1546.12.14-1601.10.24]; 초신성 발견

덴마크의 천문학자. 스웨덴 남부 헬싱보리(당시의 덴마크령)의 크누스트루프에서 태어났다. 귀족가문에서 태어나, 처음에는 법률을 배웠으나 후에 천문학으로 전향하였다. 1562년 라이프치히대학을 거쳐, 독일 ·스위스에 유학, 1570년 귀국하였다.

1572년 카시오페이아자리에 나타난 새로운 별(초신성)에 대하여 자세한 광도관측을 하여 일약 유명해졌다. 1572년 11월 11일 카시오페아 자리 가까이서 전에 본 적이 없는 밝은 별을 관찰했는데 금성보다도 밝은 이 별은 한 달 동안 대낮에도 육안으로 보일 정도였고 다음해 3월에야 사라졌다. 덴마크왕 프레데리크 2세가 빌헬름으로부터 브라헤에 대해 듣고 그 재능을 인정하여 벤섬[島]을 내주었다. 브라헤는 이 곳에 우라니엔보리라는 천문대를 설립하고(1576), 항성과 행성의 위치관측에 전념하였다. 1577년 나타난 대혜성을 관측하여, 당시의 일반적인 생각과 달리 혜성이 지구대기의 현상이 아니라 천체임을 입증하고, 화성의 운동을 관측하여 화성이 충의 위치에 놓일 때는 태양보다 지구에 더 가깝다는 것을 밝혔다. 그가 행한 관측의 정밀도는 망원경이 발명되기 이전에는 가장 훌륭한 것이었으며, 그가 남긴 방대한 관측자료는 제자이자 조수인 J.케플러에게 넘겨져, 케플러가 후에 뉴턴에게 많은 영향을 준 행성운동의 세 법칙을 확립하는 기초자료가 되었다.

 

케플러는 이곳에서 루돌프 2세의 보호를 받으며, 화성(火星)의 운행을 관측하였고, 브라헤가 16년간에 걸쳐 연구한 화성 자료를 브라헤의 임종시 인계받았다. 또한 1601년 케플러는 브라헤의 후임으로 궁정의 수학자가 되었다. 그 후 행성들의 합(合)을 연구하던 중에 뱀주인자리에서 초신성(超新星:케플러신성)을 발견하였다(1604). 1609년 화성관측 결과를 《신(新)천문학》이라는 제목으로 출판하였다. 여기서 행성의 운동에 관한 제1법칙인 ‘타원궤도의 법칙’과 제2법칙인 ‘면적속도(面積速度) 일정의 법칙’을 발표하여 코페르니쿠스의 지동설을 수정 ·발전시켰다. 또한 운동의 기인(起因)으로서 태양의 자전에 따른 자기적(磁氣的) 추진력을 제안하였다.

1619년 《우주의 조화 De Harmonices Mundi》를 출판하여, 행성의 공전주기와 공전궤도의 반지름과의 관계를 설명한 행성운동의 제3법칙을 발표하였다. 이 법칙들을 다시 정리하면 다음과 같다.① 제1법칙 : 행성은 태양을 하나의 초점으로 하는 타원궤도를 그리며 공전한다. ② 제2법칙 : 행성과 태양을 연결하는 동경(動徑)은 같은 시간에 같은 넓이를 휩쓸며 지난다. 즉, 행성의 속도와 그 동경이 그리는 넓이의 곱은 항상 일정하다. ③ 제3법칙 : 행성의 공전주기의 제곱은 공전궤도의 긴반지름의 세제곱에 비례한다는 법칙이다.                   

제1법칙과 제2법칙은 주로 화성을 관측하여 얻은 것으로, 1609년에 발표되었고, 제3법칙은 이보다 10년 후에 발표되었다. 케플러의 시대는 그 때까지 사람들이 믿어온 천동설(天動說)에 대해 지동설(地動說)이 도전하던 시기로, 브라헤는 원래 천동설을 옹호하려고 행성의 위치를 측정하기 시작했다고 한다.

이에 대해 케플러는 비록 브라헤의 제자였지만, 지동설의 입장에서 지구의 공전궤도를 원이라 가정하고 화성의 공전궤도를 기하학적으로 작도해 본 결과, 그 궤도가 태양을 초점으로 하는 타원이라는 것을 알게 되었다. 케플러 이전에는 지동설의 주창자들도 행성의 궤도가 원이라고 믿고 있었다. 케플러의 법칙은 후에 뉴턴이 만유인력을 발견하는 데 핵심적인 수학적 기초를 제공해 주었다.

 

 

(3) 갈릴레이(1564-1642), <성계의 보고> ,<천문대화>

       이탈리아의 천문학자·물리학자·수학자인 갈릴레이는 피사에서 태어났다. 피렌체의 시민계급 출신이다. 성과 이름이 비슷한 이유는 장남에게는 성을 겹쳐 쓰는 토스카나 지방의 풍습 때문이다. 1581년 피사대학 의학부에 입학하였는데, 이 무렵 우연히 성당에 걸려 있는 램프가 흔들리는 것을 보고 진자(振子)의 등시성(等時性)을 발견하였다고 한다. 1597년 케플러에게 보낸 서신에 그는 이미 수년 전에 지동설을 받아들이게 되었다고 말했는데 그 발표는 미루고 있었다. 당시는 천체를 관측하거나 천체의 운동을 지배하는 법칙을 알려고 하는 것 자체가 금지되어 있었기 때문에 신중을 기할 수밖에 없었다. 실제로 1600년에 브르노는 지동설을 주장하다가 사형을 당했다.

 

브루노 (Bruno, Giordano) [1548-1600.2.17]

르네상스 사상을 대표하는 이탈리아의 철학자. 나폴리 근처 놀라 출생. 어려서부터 나폴리에서 공부하고, 18세에 도미니코 교단(敎團)에 들어가 사제(司祭)가 되었다. 그 동안에 고대와 당시의 자연학(自然學)에 대해서 많은 관심을 가지게 되었으며, 점차 카톨릭 교리에 대한 회의를 품게 되었다. 1576년 이단(異端)과 살인 혐의로 사제복을 벗게 되자 이탈리아를 비롯하여 유럽 각국을 돌아다녔으며, 프랑스 ·영국 ·독일 등지에서 강의도 하였다. 1592년 베네치아에서 이단신문(異端訊問)에 회부되었으나, 소신을 굽히지 않았기 때문에 로마에서 화형(火刑)에 처해졌다.

 

갈릴레이가 지동설을 확신하게 된 큰 동기는 망원경의 발견에 있다. 그는 1609년 네덜란드에서 망원경이 발명되었다는 소식을 듣고, 자기도 연구를 거듭하여 배율을 9배에서 30배까지 향상시켰으며 1601년 1월에는 그것으로 하늘을 관찰하여 그 결과로 유명해졌다. 예를 들면, 망원경에 의하여 알 게 것은 당시 아리스토텔레스의 주장처럼 완전한 구(球)로 믿었던 달에 산과 계곡이 있다는 것, 은하수가 여러 별로 구성되었다는 사실, 목성(木星)에도 4개의 위성이 있어 그것을 중심으로 회전하고 있다는 것 등이었다. 1610년에 이러한 관측결과를 《별세계의 보고》로 발표하여 커다한 성공을 거두었다. 나중에 그는 금성의 위상이 변화한다는 것을 발견했는데 이는 코페르니쿠스의 이론이 참임을 확증해 주는 그의 믿음을 강화시켜주는 것이 되었다. 그 후로도 천문관측을 계속하여 1612∼1613년에 태양흑점 발견자의 명예와 그 실체의 구명(究明)을 둘러싸고, 예수회 수도사인 크리스토퍼 샤이너와 논쟁을 벌여, 그 내용을 《태양흑점에 관한 서한》에서 발표하였다. 샤이너는 태양에 전혀 오점이 없다는 아리스토텔레스적 전통을 고수하여 '태양 흑점'이 태양 주의를 도는 아주 작은 행성들일 것이라고 주장한 것에 반대했을 뿐 아니라 흑점의 발견은 자기가 먼저라는 것이었다.

이 무렵부터 갈릴레이는 자신의 천문관측 결과에 의거하여, 코페르니쿠스의 지동설(地動說)에 대한 믿음을 굳히는데, 이것이 로마교황청의 반발을 사기 시작하였다. 성서와 지동설과의 모순성에 관하여 제자들에게, 그리고 자신이 섬기는 대공(大公)의 어머니에게 편지형식으로 자기의 생각을 써 보냈는데, 이로 말미암아 로마의 이단심문소로부터 직접 소환되지는 않았지만 재판이 열려, 앞으로 지동설은 일체 말하지 말라는 경고를 받았다(제1차 재판). 1618년에 3개의 혜성이 나타나자 그 본성(本性)을 둘러싸고 벌어진 심한 논쟁에 휘말리는데, 그 경과를 《황금계량자(黃金計量者)》라는 책으로 1623년에 발표하였다. 여기서 직접적으로 지동설과 천동설의 문제를 언급하지는 않았지만 천동설을 주장하는 측의 방법적인 오류를 예리하게 지적하였으며, 우주는 수학문자(數學文字)로 쓰인 책이라는 유명한 말을 함으로써 자기의 수량적(數量的)인 자연과학관을 대담하게 내세웠다.

그 후 숙원이었던 《프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 2대 세계체계에 관한 대화: 》의 집필에 힘써, 제1차 재판의 경고에 저촉되지 않는 형식으로 지동설을 확립하려고 하였다. 이 책은 1632년 2월에 발간되었지만, 7월에 교황청에 의해 금서목록(禁書目錄)에 올랐으며, 갈릴레이는 로마의 이단 심문소의 명령으로 1633년 1월에 로마로 소환되었다.

4월부터 심문관으로부터 몇 차례의 신문을 받고, 몇 가지 위법행위가 있었음을 자인하였다. 그러나 갈릴레이가 자신의 죄를 인정하는 과정에서 심문소 당국이 증거로 제시한 서류 중 몇 가지는 그 진실성이 의심스러운 것이었다. 6월에 판결이 내려졌고, 그는 그것을 받아들여 앞으로는 절대로 이단행위를 않겠다고 서약하였다(제2차 재판). 이 때 그는 카톨릭 교회의 위압 때문에 할 수 없이 자신의 사상을 포기하였지만 "그러나 지구는 움직인다"라고 중얼거리면서 재판소의 문을 나왔다고 한다. 그 뒤 갈릴레이는 피렌체 교외의 알체토리에 있는 옛집으로 돌아왔는데, 사랑하는 장녀와 시력마저 잃었지만 마지막 대작인 《두 개의 신과학(新科學)에 관한 수학적 논증과 증명: 》의 저술에 힘썼으며, 일단 정리되자 신교국(新敎國)인 네덜란드에서 출판하였다. 이어 속편 집필에 착수하였지만, 완성하지 못하고 세상을 떠났다. 죽은 후에는 공적(公的)으로 장례를 치를 수 없었으므로 묘소를 마련하는 일조차 허용되지 않았다.

만년에는, 스승의 전기를 쓴 V.비비아니와, 기압계(氣壓計)에 그 이름을 남긴 물리학자 토리첼리의 두 제자가 그의 신변에 있었다. 갈릴레이의 생애는 르네상스기와 근대와의 과도기에 해당되며, 구시대적인 것과 새로운 것이 그의 생활이나 과학 속에도 공존하고 있었다.

 

나. 만유인력(Universal Gravitation)

모든 물체 사이에 보편적으로 작용하는 인력을 만유 인력이라고 한다. 지동설이 생기면서부터 만일 지구가 천체의 중심이 아니라면 왜 물체가 지구로 떨어지느냐 하는 것이 설명되지 못한 신비였다. 그래서 발견해 낸 것이 만유 인력의 법칙이다.

 

(1) 뉴턴(Issac Newton, 1642-1727): 만유인력

영국의 물리학자, 천문학자, 수학자이며 근대이론과학의 선구자인 뉴턴은 잉글랜드 동부 링컨셔의 울즈소프에서 태어났다. 수학에서의 미적분법 창시, 물리학에서의 뉴턴역학의 체계 확립, 이것에 표시된 수학적 방법 등은 자연과학의 모범이 되었고, 사상면에서도 역학적 자연관은 후세에 커다란 영향을 끼쳤다.

아버지는 그의 출생 전에 사망하였고, 어머니는 그가 3세 때 재혼하는 등 불운한 소년시절을 보냈다. 1661년 케임브리지의 트리니티칼리지에 입학, 수학자 배로의 지도를 받아 케플러의 《굴절광학(屈折光學)》, 데카르트의 《해석기하학(解析幾何學)》, 월리스의 《무한의 산수》 등을 탐독하였으며, 1664년 학사학위를 얻었다.

1664∼1666년 페스트가 크게 유행하자 대학이 일시 폐쇄되어 뉴턴도 고향으로 돌아와 대부분의 시간을 사색과 실험으로 보냈다. 그의 위대한 업적의 대부분은 이 18개월 동안에 싹트게 된 것이라고 하며, 사과의 일화도 이때 있었던 일이다. 1666년 5월 16일 정원의 벤치에 앉아서 어떤 물리학적 법칙을 가지고 달이 지구의 주위를 도는 이유를 설명할 수 있을까 생각하고 있었는데 사과가 한 개 뚝 덜어졌다고 한다. 그래서 사과나무를 올려다보니까 마침 나무 가지 사이로 반달이 보였다. 그 때 문득 사과가 땅으로 떨어지는 것과 마찬가지로 달도 지구로 떨어지는 것이 아닌가 하고 생각하게 되었는데 그것이 만유인력을 알아내는 계기가 되었다고 한다. 만일 지구의 인력이 없으면 달은 영원히 먼 곳으로 가버릴 수밖에 없다는 것을 알게 된 것이다. 1667년 재개된 대학에 돌아와 이 대학의 펠로(특별연구원)가 되고 이듬해에는 메이저펠로(전임특별연구원)가 됨과 동시에 석사학위를 받았다. 1669년 배로의 뒤를 이어 루카스 석좌직에 부임하였다. 이 석좌제가 요즘 유명해진 스티븐 호킹에게 주어졌다.

뉴턴의 최대 업적은 물론 역학(力學)에 있다. 일찍부터 역학 문제, 특히 중력(重力) 문제에 대해서는 광학과 함께 큰 관심을 가지고 있었으며, 지구의 중력이 달의 궤도에까지 미친다고 생각하여 이것과 행성(行星)의 운동(이것을 지배하는 케플러법칙)과의 관련을 고찰한 것은 울즈소프 체류 때 이루어졌다고 한다. 1670년대 말로 접어들면서 당시 사람들도 행성의 운동중심과 관련된 힘이 거리의 제곱에 반비례한다는 사실을 어렴풋이 알고는 있었지만, 수학적 설명이 곤란해 손을 대지 못하고 있었는데, 뉴턴은 자신이 창시해낸 유율법(流率法)을 이용하여 이 문제를 해결하고 ‘만유인력의 법칙’을 확립하였다.

1687년 이 성과를 포함한 대저서 《자연철학의 수학적 원리(프린키피아)：Philosophiae naturalis principia mathematica》가 출판되었으며, 이로써 이론물리학의 기초가 쌓이고 뉴턴 역학의 체계가 세워졌다. 이 책에서 뉴턴은 코페르니쿠스 이후 150년만에 근대과학 발전의 주요한 역사적 과제를 해결하였다. 그는 그 내용에 주로 케플러의 천문학과 갈릴레이의 역학을 종합하여 통일하였고 거기에다가 자신의 견해를 보충하여 더욱 차원 높은 단계까지 올려놓았다. 그는 갈릴레이를 칭찬하며 다음과 같은 말을 했다는 것은 유명하다.

<나는 고전역학이라는 넓은 영역을 발견했지만 그것은 전적으로 갈릴레오 같은 거인의 어깨에 올라서서 멀리 내다 볼 수 있었기 때문이다.(If I have bee able to see so far, it is because I have stood on the shoulders of giant.)>

그 내용은 서론에서 질량, 운동량, 힘, 시간, 공간, 운동 등 기초적 개념을 정의하였고, 이것을 이용하여 운동의 기초적인 세 법칙과 거기에서 유도된 정리를 기술하였다. 뉴턴은 이 운동법칙을 3개로 정리하여 《프린키피아》에서 발표하였으며, 이로써 물체의 질량 및 힘의 개념이 명백해졌고, 고전역학의 기초가 확립되었다.

【제1법칙】 관성의 법칙이라고도 한다. 외부로부터의 힘의 작용이 없으면 물체의 운동상태는 변하지 않는다는 법칙이다. 물체는 힘이 작용하지 않는 한 정지한 채로 있거나 등속도운동을 계속한다. (한 번 걷어찬 축구공은 왜 계속 힘을 가해 주지도 않는데 굴러가는가?-아리스토텔레스의 의심- 공이 점점 멈추어 서는 것은 마찰 때문인데 마찰이 없으면 영원히 굴러갈 것인가?-갈릴레오의 의심-)

【제2법칙】 물체 운동의 시간적 변화는 물체에 작용하는 힘의 방향으로 일어나며, 힘의 크기에 비례한다는 법칙이다. 운동의 변화를 힘과 가속도로 나타내면, F=ma가 된다. 즉 물체에 힘이 작용했을 때 물체는 그 힘에 비례한 가속도를 받는다. 이때 비례상수를 질량이라 하며, 이 식을 운동방정식(뉴턴의 운동방정식)이라 한다. (달의 중력의 가속도(a)는 지구의 6분의 1이다. 따라서 사람의 무게는 달에서 6분의 1이 된다.)

【제3법칙】 작용-반작용의 법칙이라고도 한다. 두 물체가 서로 힘을 미치고 있을 때, 한쪽 물체가 받는 힘과 다른 쪽 물체가 받는 힘은 크기가 같고 방향이 반대임을 나타내는 법칙이다(한쪽 힘을 작용이라 하면 다른 쪽 힘은 반작용이며, 어느 쪽을 작용이라 하든 상관없다). 즉, 두 물체의 상호작용은 크기가 같고 방향이 반대이다. (커다란 선풍기로 돛 단 배의 돛을 불어주면 배는 잘 갈 수 있을까?)

뉴턴에게는 아주 좋은 친구 헬 리가 있었다.

 

핼리 (Halley, Edmund) [1656.11.8-1742.1.14]; 핼리혜성

영국의 천문학자. 런던 출생. 거상(巨商)의 아들로 태어나 17세에 옥스퍼드대학에 입학하였다. 1676년 같은 대학을 중퇴하고 세인트헬레나섬에서 천체를 관측하고 거기서 수성(水星)의 일면경과(日面經過) 관측 및 진자실험(振子實驗)을 하였다. 1678년 귀국과 동시에 <행성의 궤도에 대하여>라는 논문으로 대학 졸업자격을 인정받았고, 왕립협회 회원으로 천거되었다.

1682년 출현한 대혜성(大彗星)을 관찰, 그것을 1531년과 1607년에도 출현하였던(약 77년 주기) 혜성의 회귀(回歸)라 주장하였고, 1705년 I.뉴턴의 역학을 적용하여 그 궤도를 산정하여 《혜성 천문학 총론》을 간행하였다. 그는 이 혜성이 1758년 말이나 1759년 초에 다시 지구를 방문할 것이라고 예측하기도 했다. 그런데 불란서의 클레로는 긴 계산을 통하여 1759년 3월에서 5월 사이에 이 혜성이 나타날 것이라고 더 정확한 예측을 하였다. 과연 1759년 3월 밤하늘에 그 혜성이 나타났던 것이다. 이것은 천체의 운동이 뉴턴의 방정식대로 움직이고 있다는 증거가 된 것이다. 그 후 그 대혜성을 핼리혜성이라고 불렀다. 14년 연상인 뉴턴과는 20년의 교우관계였고, 뉴턴이 《프린키피아》를 출판할 때 자료의 제공과 출판비 부담, 교정을 보아주는 등 많은 협력을 하였다. 1693년 달의 운동에서 영년가속(永年加速)을 발견하였고, 1698년 조석관측(潮汐觀測)을 시도하였다. 1703년 옥스퍼드대학의 천문학 교수에 취임, 1716년 금성(金星)의 태양면 통과 관측에 의한 태양시차 결정법을 시도하였고, 1720년 그리니치천문대 대장에 취임하였다.

 

이 뒤로 천왕성(1781년), 해왕성(1845년), 명왕성(1930년) 등이 뉴턴의 운동법칙에 따라 발견되었다. 이와 같이 포탄의 궤도나 사과가 떨어지는 것 같은 간단한 운동을 서술하는 운동법칙이 달과 행성의 궤도와 같은 언뜻 보면 전혀 다른 세계에서 일어나는 일을 잘 서술할 수 있게 되자 사람들은 자연을 이해할 수 있는 인간의 능력에 대해 자신을 가지기 시작했다. 즉 뉴턴 방정식의 초기 조건만 완전히 이해하고 있으면 그 결과는 톱니바퀴가 돌아가는 것처럼 분명하다고 생각하게 되었다. 이것을 기계론적 우주관이라 한다.

한편 뉴턴은 신학(神學)에도 관심을 보여 성서의 사실을 입증하기 위해 고대사 해석을 검증하고, 천문학적 고찰을 첨가해 연대기를 작성하였다. 어려서부터 종교적이어서 트리니티 대학의 초창기 때에는 자신의 죄 목록을 낡은 수도사가 하는 것처럼 공책에다 다 적었다고 한다. 이 죄 목록에는 자주 기도하지 않은 죄, 교회에 참석하지 않은 죄, 더러운 말이나, 행동이나, 생각이나, 꿈 같은 것을 꾼 죄들도 포함되어 있었다고 한다. 후에 성서 연구를 통해 삼위일체설을 부정하는 입장을 가지게 되었다. 평생을 독신으로 보냈으며, 런던 교외의 켄징턴에서 죽었다. 장례는 웨스트민스터사원에서 거행되고 그 곳에 묻혔다.

근대과학 성립의 최고의 공로자이며, 그가 주장한 ‘자연은 일정한 법칙에 따라 운동하는 복잡하고 거대한 기계’라고 하는 역학적 자연관은 18세기 계몽사상의 발전에 지대한 영향을 주었다.  

 

종합정리

1. 지동설에 대해 논하라( 언제 누구에의해서 주창되었으며, 어떻게 발전하였는가? 자연과학의 발전에 어떤 영향을 미쳤    는가?)

2. 케플러의 제1, 제2, 제3법칙은 어떤 것인가?

3. 갈릴레이에 대해 말하라( 언제, 무엇을 주창했으며, 자연과학의 발전에 어떤 기여를 하였는가?)

4.. 뉴턴의 제1,제2, 제3 법칙은 무엇이며 뉴턴의 기계론적 자연관이란 무엇을 말하는가?

 

 

만유인력(Report)

 

낙엽이 떨어진다. 비가 내린다. 사과와 배가 땅으로 떨어진다. 주스가 그릇에 얌전히 담겨있다. 지구를 비롯한 행성들은 둥그렇다. 왜 이런 현상들이 벌어질까. 사람들은 쉽게 중력 때문이라고 말한다. 지금 우리에게 너무나 당연한 것으로 다가오는 중력은 과거의 사람들에게도 당연했을까?

 흥미롭게도 물체의 낙하 현상에 대한 설명은 오랜 옛날부터 있었다. 아리스토텔레스 이전의 사람들은 물체가 낙하하는 것을 기준으로 단순히 상하만을 구분했다. 지구를 평평한 땅이라고만 생각하던 사람들에게 위에 있는 것이 아래로 떨어진다는 것은 당연한 일이었다.

 

 

 1. 중력의 보편성

 아리스토텔레스는 물체들에게 중심을 향하는 성질을 부여함으로써 낙하의 원리를 설명했다. 흙으로 이뤄진 우주의 중심으로 흙의 성분인 물체들이 본래의 위치인 우주의 중심으로 향하려 한다는 것이다. 이것은 우주의 중심인 지구가 물체를 당겨서 일어나는 힘이 아니라 물체에 내재된 속성이었다. 물체가 떨어지는 것은 그 물체의 속성이 아닌 그것을 당기는 그 무엇이 있기 때문인 것으

로 설명한 사람이 바로 뉴턴이다. 그렇다고 뉴턴이 중력을 발견한 것은 아니다. 뉴턴이 발견한 것은 '중력이 보편적이다'라는 것이다. 즉 사과가 나무에서 떨어지는 힘이나 지구를 태양 주위로 돌게 하는 힘들이 모두 같은 종류의 힘이라는 것을 알게 된 것이다. 그러면서 우주에 있는 모든 물체들이 서로 끌어당긴다는 것을 발견했다.

 

 일설에 따르면 뉴턴이 사과나무 밑에서 힘의 본성에 대해 골똘히 생각하다가 떨어지는 사과를 보고 중력의 보편성을 생각하게 됐다는 이야기가 있지만 확실하지 않다. 하지만 사과가 떨어 지는 것과 달이 지구를 돌고있는 것을 동일한 현상으로 생각할 수 있는 통찰력을 지닌 사람이라는 것은 확실하다.

 

2. 달에서는 1초 동안  1.4mm /s2 로 떨어져

 뉴턴은 기하학을 이용해 원궤도를 도는 달이 직선경로로부터 1초 동안 떨어지는 거리를 계산 했다. 그 값은 바로 오늘날에도 사용하는 1.4mm/sec2 이다. 달이 지표면의 사과보다 지구중심으로부터 60배만큼 더 멀리 있다는 것은 알려진 사실이었다. 사과가 처음 1초 동안 지구에서 낙하한 거리는 4.9m/sec2 이다. 뉴턴은 지구 중심으로부터 멀어지면 멀어질수록 중력의 세기가 약해질 것이라고 생각했다. 그렇다면 달이 미치는 중력의 세기가 1/60로 약해지는 것을 의미할까. 아니다. 실제로 중력의 세기는 거리의 제곱에 반비례하는 (1/60)²만큼 약해진다. 따라서 달이 떨어지는 거리는 4.9m의 (1/60)²인 1.4mm이어야 한다. 그러나 뉴턴은 달과 지구 사이의 거리와 계산에 사용해야 할 올바른 거리가 달의 중심과 지구 중심사이의 거리인지는 확신하지 못했다. 당시 그는 구형인 지구의 모든 질량이 지구 중심에 집중돼 있는것처럼 작용한다는 것을 수학적으로 증명하지 못했다.이런 불확실성 때문에 그는 중력에 대한 논문을 20여년 가까이 서랍에 넣어 두었다. 그러다 친구인 핼리(핼리혜성으로 알려진 천문학자)의 설득으로 풀리지 않던 무게중심의 가설을 증명 하기 위한 미적분학을 창안해 낸 후 비로소 1687년에 만유인력의 법칙을 출판한다. 달에서 발견한 것을 모든 물체에 일반화시킨 것이다. 우주에 있는 모든 물체는 서로 인력을 작용하며 이 힘의 크기는 각각의 질량의 곱에 정비례하고 물체들의 질량 중심 사이의 거리의 제곱에 반비례한다고 뉴턴의 만유인력의 법칙은 케플러의 법칙을 증명함으로써 그야말로 우

주의 보편적 진리로 인정받는다. 행성의 운동에 관한 케플러의 법칙은 그의 스승인 티코브라헤가 관찰한 것을 바탕으로 한 것이다. 뉴턴은 달과 지구 사이에 작용한 힘이 태양과 천체 사이에도 작용할 것이라고 가정했다. 그러므로써 케플러가 말했던 공전주기의 제곱이 타원궤도의 긴 반지름의 세제곱 에 비례한다는 조화의 법칙을 설명할 수 있게 된다. 이로써 뉴턴은 사과와 지구, 태양과 행성, 그리고 임의의 물체들 사이에 작용하는 힘은 같은 것이라는 결론에 이른다. 이것이 이름 그대로 만유인력의 법칙이다.

 

 

 3. G값이 뒤늦게 등장한 이유

 여기서 비례상수를 특별히 만유인력 상수(G)라 부르는데 크기는 Nm²/Kg²이다. 만유인력 상수를 계산하려면 두 물체 사이의 인력을 직접 측정해야 한다. 하지만 실험실에서 측정할 수 있는 만유인력의 크기는 매우 작다. 따라서 G는 뉴턴이 만유인력을 발견한지 1백30 년이 지나서야 영국의 물리학자인 캐번디시에 의해 처음으로 측정됐다.캐번디시는 수평한 막대의 양 끝에 질량이 작은 금속구를 고정시키고 작은 금속구에질량이 큰 금속구를 접근시켜 실이 비틀리는 각으로 작은 힘을 측정함으로써 G값을구했다.

G값은 만유인력이 매우 약하다는 것을 보여준다. 실제로 만유인력은 자연계의 네가지기본 힘 중에서 가장 약하다. 만유인력은 물체의 질량에만 관계하는 힘으로 실제 느끼고자 하면 지구 처럼 무거운 물체가 있어야 한다. 중력 외에 일상생활에서 작용하는 만유인력을 경험하는 것이 쉽지 않은 이유다. 예를 들어 친구 사이에 작용하는 인력은 느낄 수 없지만 자신과 지구 사이에 작용하는 인력은 쉽게 느낄 수 있다. 그것이 바로 몸무게다.

 

 

4. 짝없는 외톨이 중력

 또 우주에서 볼 수 있는 만유인력의 증거로는 블랙홀이 있다. 블랙홀은 천체들 중 밀도가 가장 큰 별인데 그 밀도는 지구 전체를 가로, 세로, 높이가 각각 1cm인 입방체에 넣은 것과 같다. 이렇게 되면 물질은 물론이고 빛이라 할지라도 특정 거리 이하로 접근하면 빠져 나올수 없게된다. 그래서 이 경계선 안쪽은 검은색을 띤다. 따라서 우리가 관측하는 블랙홀은 실제크기 보다 큰 검은 구멍을 보는 것이다. 만유인력의 큰 특징은 전기력이나 자기력과는 달리 인력만 작용한다는 것. 전기력이나 자기력은 같은 극끼리는 밀고, 다른 극끼리는 당기는 두종류의 힘이 작용하지만 만유인력은 끌어당기기만 한다. 이것은 힘을 일으키는 요소를 살펴봐도 알 수 있다. 자석에는 N극과 S극이 있어서 자기력을 일으키는 요소가 두종류인 반면, 만유인력은 질량 하나 뿐이다. 어떤 사람은 중력을 막는 물체를 발명하려고 하겠지만, 질량을 갖는 모든 물질은 중력을 막기는커녕 더 보태기만 할뿐이다. 또 만유인력의 중요한 특징으로는 원격작용이 있다. 태양계가 구성될 수 있는 것은 이와 같은 특성 때문이다. 전기력, 자기력의 경우는 1미터 내에서 그 효과를 확인할 수 있다. 그러나 만유인력은 이와 같은 거리에서는 확인할 수 없다.

 

 

5. 작지만 큰 고민 수성 근일점 변화

 뉴턴 역학은 질량이 있는 물체에 왜 중력이 작용하는지는 설명할 수 없었지만 천체와 지상의 운동을 명확히 설명하므로써 절대적 진리의 자리를 점하고 있었다. 그 한 예가 뉴턴 역학에 기초한 예측과 정밀한 관측을 통해서 가능하게 된 해왕성과 명왕성의 발견이다. 그러나 뉴턴 역학의 한계가 드러나면서, 물리학의 틀은 바뀌어 나간다. 그것은 바로 수성 근일점 위치의 변화로부터 출발한다. 다른 행성들처럼 태양을 한 초점으로 타원궤도를 그리며 돌고있는 수성의 주축이 조금씩 회전하는 근일점의 세차운동을 보인 것이다. 천문학자들은 뉴턴의 중력이론에 입각해 수성 근일점의 세차운동은 1백년간 1동 32분 37 초가 되야한다고 주장했다. 하지만 실제로 관측된 결과는 1백년간 43초. 이것은 뉴턴의 이론과 아주 작은 차이였지만 천문학자들을 괴롭혔다.

 

 뉴턴 역학에서는 행성의 자전이 중력에 영향을 미치지 않는다. 즉 태양이 행성에 작용하는 중력은 행성의 질량에만 관계가 있고 행성의 자전속도와는 무관하다는 것이다. 하지만 일반상대성 이론에서는 행성의 자전 속도가 중력효과에 영향을 미쳐 자전축의 세차운동에 영향을 미친다고 설명하므로써 수성의 근일점 세차운동을 증명해냈다.또 물질입자로 이뤄지지 않은 빛은 중력의 영향을 받지 않고 언제나 직진한다고 믿었던 사실이 다르게 관측된다. 1919년 개기 일식 때 태양 주위의 별빛의 방향이 휘어져 나타난 것

이다. 이러한 현상들은 뉴턴 역학으로 설명이 안되는 것이었다.

 

참고: (근일점) 인하대학교 과학교실에서 http://nucl-a.inha.ac.kr/phys/mphys/12-01.html

그런데 1915년이 되어 아인슈타인은 매우 오래전부터 불가사의로 여겨오던 한가지 문제를 알게된다. 아인슈타인은 이 때를 며칠동안 너무 흥분해서 내 정신이 아니었다고 회고한다. 프랑스의 천문학자 레페리어는 1859년 수성을 면밀히 관찰한 다음 수성의 근일점(수성의 일년 중 태양에 가장 가까이 근접하는 점)이 100년마다 38초씩 (각도에서 1도의 60분의 1이 1분이고 1분의 60분의 1이 1초임) 앞으로 진행하는 것을 발견하였다. 만일 수성이 태양의 인력만 받는다면 이 근일점이 바뀌면 안된다. 주위의 다른 행성들의 영향으로 근일점이 이동하게 된다. 이와같이 행성궤도의 근일점(즉 회전축)이 이동하는 현상을 행성궤도의 세차운동이라고 부른다. 레페리어가 발견한 것은 주위의 알고있는 행성의 영향을 다 고려한 것보다 백년에 38초씩 더 앞으로 진행한다는 것이었다.

이것을 설명할 수 있는 이유는 여러가지가 있을 수 있었다. 수성의 옆에있는 금성이 알고있는 것보다 10% 더 무겁다던가 태양이 관찰된 것보다 더 타원형으로 찌그러져 있다던가 태양에 가려 보이지 않는 다른 행성이 있다던가 아니면 심지어 뉴턴의 만유인력 법칙이 거리의 딱 제곱에 반비례하는 것이 아니라 거리의 2.1제곱에 반비례하는 하는 등이었다. 실제로 레페리어는 관찰되지 않는 행성이 꼭 있으리라고 믿고 그 행성의 이름을 발칸이라고 명명해 둘 정도이었다. 그러나 이러한 이유들은 세밀한 관찰에 의해서 그렇지 않다는 것이 밝혀졌다.

 

 아인슈타인은 일반 상대성 이론의 결과를 적용하면 안보이는 행성 따위를 가정하지 않더라도 수성의 근일점이 이동하는 현상을 완벽히 설명할 수 있음을 보였다. 그리고 태양을 통과하는 별의 빛이 1.74초 휘어야 한다는 결론을 내놓았다. 이를 확인하기 위해서 여러사람들이 개기 일식에 관찰하였으나 날씨나 전쟁등으로 늘 실패하다가 1919년 두번에 걸친 영국 관찰팀이 실제로 별빛이 1.98초와 1.61초 휜다는 사실을 밝혀내었다.

 

 

6. 물체운동은 공간 특성 때문

 이 즈음인 1916년 아인슈타인은 상대성이론을 발표한다. 여기서 그는 뉴턴의 중력은 불필요한 개념이라고 말하는 동시에 수성의 근일점 변화를 설명하고 빛의 휨을 정확히 예측해낸다. 아인슈타인에 따르면 물체가 운동하는 것은 그 물체가 위치한 공간의 특성에 따라 운동하는 것이지, 힘에 의해 경로가 바뀌는 것은 아니라는 것이다. 태양계를 예로 들면 뉴턴 역학에서는 만유인력에 의해 지구가 태양 주위를 원운동 하는것으로 설명한다. 그러나 상대성이론에서는 태양에 의해 주위의 공간이 휘어져 있어서 지구는 휘어진 공간내에서 직선운동을 한다고 설명한다. 즉 질량의 존재가 주위를 휘게해 공간의 기하를 바꾼다는 것이다. 이를 알기 쉽게 설명해 보자. 종이 위에서 두 점사이의 최단 거리를 그으면 두 점을 이은 직선이 되지만, 지구 표면의 두점 사이의 최단 거리를 그으면 호를 이룬다. 여기서 종이는 유클리드 공간에 해당하고, 지구의 표면은 유클리드 공간이 아닌 새로운 공간이다. 따라서 상대성 이론에 따르면 태양 주위를 도는 행성은 태양이 만들어놓은 휘어진 공간상에서 관성운동을 한다고 본다.

 

 상대성이론이 등장하면서 만유인력은 공간의 기하로 흡수된다. 즉 질량을 가진 물체가 만드는 공간의 성질을 표현해 그 공간에서 다른 물체가 자연스러운 운동을 하는 것으로 운동을 기술 한다. 이러한 개념의 변화는 나머지 힘들을 바꾸어 나간다. 전자기력, 약한 핵력, 강한 핵력 등을 한꺼번에 '장이론'(field theory)으로 다시 설명하게된 것이다(통일장이론). 그러나 만유인력과 통합하는 것은 아직 성공하지 못했다. 이것이 이른바 '대통일장이론'이다.

 

 

7. 해왕성과 명왕성의 등장

 만유인력은 모든 물체들 사이에 작용하므로 행성들 사이에서도 서로 끌어당기는 힘이 작용해야 한다. 목성에 힘을 가하고 있는 것은 태양만이 아니라 다른 행성들도 목성에 힘을 미친다는 것이다. 이 힘들은 질량이 매우 큰 태양과 비교하면 아주 작지만 그래도 그 힘의 효과는 나타난다. 토성이 목성 근처에 있을 때 목성의 타원 운동은 토성의 인력으로 약간의 방해를 받는다. 이 때문에 두 행성 모두 타원궤도 상에서 약간 벗어난다. 이를 섭동(perturbation)이라고 한다.

 

19세기 중반까지 천문학자들에게 천왕성의 섭동현상은 풀수없는 수수께끼였다. 다른 행성들의 영향을 고려하더라도 천왕성의 움직임은 이해가 되지 않았다. 태양말고 뭔가가 천왕성의 운동 궤도에 영향을 미치고 있다는 것을 가정해야 했다. 천왕성의 섭동 현상은 1845년과 1846년에 영국과 프랑스의 두 천문학자 아담스와 르베리에 의해 밝혀졌다. 두 천문학자는 연필, 종이, 만유인력법칙만으로 같은 결론에 이른다. 르 베리는 이 결론을 베를린 천문대로 보내 확인해 줄 것을 요구했다. 천문대는 이 요청을 받아들인 30 분 후에 해왕성을 발견했다. 천왕성의 또다른 섭동은 9번째 행성인 명왕성을 발견하게 해주었다. 명왕성은 1930년 아리조나에 있는 로웰 천문대에서 발견됐다.

 

 만유인력의 법칙은 태양계 내에서만 적용되는 것은 아니다. 서로 다른 별 주위를 돌고있는 이중성의 운동에서도 찾을 수 있다. 아주 먼 거리에서도 만유인력은 우주의 운명을 지배하고 있다.

 

8. 만유인력을 마무리하며 생각 해 봅니다.

 내가 땅의 기초를 놓을 때에 네가 어디 있었느냐 네가 깨달아 알았거든 말할지니라. 누가 그 도량을 정하였는지, 누가 그 준승을 그 위에 띄었는지 네가 아느냐. 그 주초는 무엇 위에 세웠으며 그 모퉁이 돌은 누가 놓았었느냐.(욥38:4~6) 만약 지구의 자전축이 23도27분만큼 기울어져 있지 않아서 태양이 적도 위에만 있다면 지구에 생물이 살 수 있는 면적은 지금의 반으로 줄어 들었을 것이다. 지구의 자전속도가 지금보다 느리다면 낮에는 기온이 너무 높아서 생물들이 타죽을 것이고 밤에는 얼어죽을 것이다. 자전속도가 너무 빠르면 바람의 속도가 너무 빨라서 바다에는 늘 폭풍이 일고 있을 것이다. 지구의 크기가 지금보다 10％정도 더 크거나 작다고 하면 이로 인하여 만유인력의 변화,공전운동의 변화, 조석작용의 변화, 기압과 기후의변화 등이 초래되면서 지구의 환경은 지금과는 엄청나게 달라질 것이다. 지구의 크기가 지금보다 약10％ 클 때에는 중력이 너무 커져서 물이 증발을 하지 못하게 되고 구름이 형성되지 못하여 모든 육지는 사막이 될 것이다 반대로 지구의 크기가 10％로만 작아져도 중력이 약하게되 모든 물은 증발하고 액체상태로 물이 존재하지 않을 것이다. 달이 현재보다 10％정도 지구와 가까워진다고 하면 달과 지구에 만유인력은 23％가량 더 커지게 되고 밀물과 썰물이 거대해 질 것이다. 그 결과 더 커진 만유인력 때문에 달에 의한 조류가 지구의 대륙을 쓸어버릴 것이다. 지구라는 거대하고 복잡한 건축물도 하나님께서 말씀하신대로 정교하게 땅의 기초위에 세워진것과 같다.