[우주의 운동 3] 천동설과 지동설의 논쟁

[우주의 운동 3] 천동설과 지동설의 논쟁

갈릴레이는 지구가 움직이고 있다는 것을 과학적으로 증명하려 한 최초의 인물이다. 여기서는 갈릴레이와 함께 우리의 주제, 지동설의 증거를 생각해 보자.

1608년경 네덜란드에서 망원경이 발명되었다는 소식을 들은 갈릴레이는, 망원경의 원리를 추측하여 스스로 망원경을 조립하여 천체를 관측했다. 다음은 그의 천체 관측결과를 요약한 것이다.

① 하늘은 생각했던 것보다 훨씬 넓었고 별도 많았다. 은하가 무수한 별들로 되어있음을 확인하였다.

② 가장 놀라운 것은 달의 모습이었다. 달은 매끈한 천체가 아니라, 지구와 마찬가지로 산과 골짜기가 있었다. 그는 골짜기는 전에 바다가 있었던 곳 이라고 생각하고, 그림자를 재어 산의 높이를 계산했다.

③ 그는 태양의 흑점을 관측했는데, 그것이 운동하고 있음을 보았다. 그것이 생기는 이유를, 잘못이긴 하지만, 태양의 자전때문이라 판단했다. 이 사실 과 달의 요철은 아리스토텔레스의 우주론이 틀렸다는 것을 명백히 보여 준 것이다.

④ 더욱 극적인 발견은 목성들의 위성이었다. 그는 위성들의 모습을 보고 이 것을 태양계의 축도로 생각했다. 이것은 모든 천체가 지구의 궤도를 따라 도는 것이 아니라는 것을 간접적으로 증명하는 것이다.

⑤ 그리고 그는 금성이 달처럼 차고 기우는 위상을 보인다는 것을 밝혔다. 그는 이것은 행성이 햇빛을 받아 반사하기 때문이라는 사실을 증명한 것 이며, 코페르니쿠스의 체계를 증명하는 것이다.

그가 거기서 발견한 것은 달의 들쭉날쭉, 목성의 4개의 위성, 태양의 흑점이었다. 달에 산과 골짜기가 있다는 것은 달도 지구와 같은 별이라는 것을 가리 키고 있다. 태양의 흑점은 이따금 생성되거나 소멸되거나 하고 있고, 이것은 천체가 완전하고 변화하지 않는다고 하는 지금까지의 신조를 깨뜨리는 것이었다. 또 흑점은 태양의 표면을 이동하고 있으며 태양이 자전을 하고 있다는 것 도 알았다. 가장 극적인 것은 목성의 위성의 발견이다. 목성의 위성은 시간을 두고 관측하면 위치가 이동하고 있으며, 목성 주위를 공전하고 있다는 것을 알았다. 갈릴레이는 그것이 태양계의 축소판인 것처럼 생각되었으며, 적어도 이 발견으로 모든 천체가 지구를 중심으로 돌고 있다고 하는 것은 부정되었 다. 갈릴레이는 이 관측결과를 1610년에 『성계의 보고』라는 책으로 하여 출판했다. 이 책은 인류가 처음으로 망원경으로 천체를 보았던 때의 감동과 갈 릴레이의 예리한 고찰이 기록되어 있어 무척 재미있다.

그 후 갈릴레이는 지동설을 적극적으로 옹호하고 나섰으나 지동설에 반대하는 사람들로부터는 실로 갖가지 반론이 들끓었다. 특히 공격의 목표로 된 것 은 지구의 운동이다. 반론을 몇 가지 들어보기로 하자.

① 우리는 지구가 움직이고 있다고는 전혀 느끼지 못한다.

② 지구가 움직이고 있다면 공기는 뒤쪽으로 날려가고, 폭풍이 일어나서 지 상에 있는 물체는 모두 날려갈 것이다

③ 탑 꼭대기로부터 가만히 떨어뜨린 돌은 지구가 서에서 동으로 자전하고 있으면, 바로 밑으로는 떨어지지 않고 좀 처져서 서쪽으로 떨어질 것이다 그러나 그런 일은 일어나질 않는다

④ 마찬가지로 대포를 동과 서로 향해서 쏘았을 때, 서로 향한 포탄은 멀리 까지 날아갈 것이다.

실제로 지구의 자전속도는 적도 부근에서는 매초 460m나 되므로 이와 같은 반론이 나오는 것도 당연할지 모른다. 지동설은 이들 반론에 대답할 필요가 있다. 이에 대한 갈릴레이의 대답은 다음과 같다.

① 에 대해서는 등속으로 움직이고 있는 탈것(이를테면 배)에 탔을 때, 밤이 어서 바깥이 보이지 않거나 눈을 감거나 하면, 움직이고 있는 것을 전혀 모르는 것과 같은 것이다.

② 에 대해서는 공기도 지구도 운동을 공유하고 있어서 함께 움직이고 있다고 생각하면 된다.

③ 에 대해서도 탑 위의 돌이 처음부터 수평방향으로 지구와 같은 속도를 지닌채로 낙하한다고 생각하면 된다. 움직이고 있는 배의 마스트 위로부터 돌을 떨어뜨려도 마스트의 바로 밑으로 떨어지는 것과 같은 일이다.

④ 도 마찬가지로, 대포알이 포신 속에 있을 때에 이미 지구와 같은 속도를 지니고 있으므로 동서로 날아가는 거리는 같아진다.

갈릴레이는 지구를 우주의 중심이 아니라, 한낱 우주 공간에 던져진 투사체로 보았다. 날아다니는 새와 던져진 돌, 심지어는 대기까지도 지구와 함께 자 전에 참여하면서 겹친 운동을 하는지를 설명하였다. 이것으로 코페르니쿠스의 이론을 반대하는 논리를 잠재울 수 있게 된 것이다. 그는 도저히 흔들릴 것 같지 않은 기존의 사상에 과감히 도전하였고, 여러 차례의 비난과 재판을 거 치면서 그의 주장을 관철하고자 노력하였다. 물론 두 번째 재판이후 굴복하고 말았지만 『신 과학대화』라는 위대한 책을 남긴 그의 업적은 길이 남을 것이 다. 다음부터 고대 그리스에서부터 뉴튼까지의 우주관을 살펴보면서 관찰의 증거가 어떻게 이론으로 정립되었는지와 뉴튼의 근대역학으로 완성된 것까지 를 살펴보기로 하자.