‘청소년을 위한 물리학’을 읽고

스포츠과학 서한경

물리학이란 무엇일까? 나에게는 물리학이 어렵고 복잡하기만 한 것으로 여겨졌다. 가끔씩 책을 보다가 물리학 부분이 나오면 복잡하고 어려워져서 읽지 않고 뛰어넘어갔다. 그런데 이 책을 읽고 나서 부터는 물리학 부분이 나오면 조금 부딪혀 봐야겠다는 생각이 들었다. 이 책은 나처럼 물리학이 어려웠던 사람에게 물리학에 대한 흥미를 주는 책이다.

이 책에는 총 7가지의 주제가 나와 있다. 그 중에서 내가 흥미롭게 읽었던 부분은 ‘네가 아르키메데스를 알아’와 ‘아인슈타인의 엘리베이터 여행’이다. 나는 ‘네가 아르키메데스를 알아’라는 부분을 읽고 먼저 금을 밀도를 측정해 낸 것에 관한 이야기가 떠올랐다. 왕이 금으로 왕관을 만들어 오라고 시켰는데 혹시 금을 조금 덜 사용하지는 않았는지를 알아내라고 아르키메데스에게 시켰다. 몇 주간 고민한 아르키메데스는 욕조에 들어가다가 물이 넘치는 것을 보고 “유레카”라면서 뛰어 나왔다는 이야기. 나도 자주 들어서 알고 있었다. 다른 물질은 금에 비해서 밀도가 낮아서 물속에 넣으면 넘치는 물의 양이 달라서 금인지 아닌지를 알아낼 수 있다. 비석과 현무암을 비교해 보니 금방 이해가 되었다.

나는 아르키메데스가 아주 배짱 있는 말을 했다는 것을 알았다. “나에게 충분한 길이의 지렛대와 지구 밖에 서있을 자리만 준다면 지구를 들어 올리겠다” 나는 이 말을 읽고 ‘말도 안 돼, 아무리 긴 지렛대라 해도 그 정도 멀리 떨어진 곳이면 중력이 미치지 않아서 무게가 나가지 않을 텐데.' 라고 생각했다. 아르키메데스의 이론에 문제가 있다. 아르키메데스의 이론대로 라면 지렛대의 길이는 현재 우리가 알고 있는 우주의 지름보다 더 길어야 한다. 하지만 그 것은 불가능하다. 또한 지렛대의 끝은 중력이 미치지 않는 곳이기 때문에 무게가 0이 되어서 지구를 들어 올릴 수 없게 되는 것이다.

얼마 전에 도심에서 싱크 홀이 발생해서 많은 사람이 다칠 뻔했다는 소식을 들었다. 그 소식을 보다가 문득 몇 달 전 과학책에서 보았던 내용이 생각이 났다. 지구를 관통하는 구멍에 관한 내용이었다. 에스파냐와 뉴질랜드는 직선으로 이어진다. 만약 에스파냐와 뉴질랜드 사이에 그런 구멍을 뚫었다고 가정하면 어떻게 될까? 체중계에 올라서서 그 상태로 터널을 통과하면 체중계가 가리키는 몸무게는 얼마가 될까? 그 답은 0이다. 그 상황에서는 모든 것이 둥둥 떠다닐 것이다. 그 이유는 체중계가 바닥을 밟을 수 없어서 중력이라는 힘이 사라지기 때문이다.

우리는 자유낙하 법칙에 대하여 흔히 들어 알고 있다. 갈릴레이가 피사의 사탑에서 무거운 공과 가벼운 공을 동시에 떨어뜨렸을 때 두 공은 동시에 땅에 떨어지게 된다. 1971년 아폴로 15호가 달에 착륙했을 때 한 우주 비행사가 한 손에는 망치, 한 손에는 깃털을 들고서 동시에 떨어뜨려서 갈릴레이의 말을 증명시켜주었다. 나는 이 부분까지 읽고 나서 동생과 함께 자유낙하의 법칙 실험을 직접 해보았다. 국어사전과 연필을 동시에 떨어뜨렸는데 역시나 동시에 떨어졌다. 나는 책에서 보았던 실험을 직접 해 보는 것이 재미있다.

이 책은 나에게 물리학에 대한 흥미와 관심을 갖게 했다. 아르키메데스의 원리나 갈릴레이의 자유낙하 법칙 이외에도 이 책의 다른 주제들에 대해서 더 자세히 알아보고 싶다. 물리학의 세계가 복잡하고 어렵지만 이제 첫 발걸음을 디뎠다고 생각한다.