상대성 원리인가? 상대성 이론인가? 원리(原理)는 근원이 되는 이치, 이론(理論)은 이치가 되는 논의다. 둘 다 나름 이유(理由)가 있는 낱말이다. 갈릴레이(Galileo Galilei 1564~1642)가 상대성 원리(principle of relativity)를 꺼냈다면, 아인슈타인(Albert Einstein 1879~1955)은 상대성 이론(theory of relativity)을 끝냈다. 요즘 고등학교 물리 시간에도 다룬다. 그렇다고 쉬운 건 아니다. 이해하기 헷갈린다. 이해하면 상식적 고정관념이 깨진다. 상대성 원리란 모든 운동은 상대적으로 관측된다는 뜻이다. 시속 100㎞ 속도로 달리는 기차 옆으로 자동차가 똑같은 시속 100㎞ 속도로 달리면 기차와 자동차는 정지한 것처럼 보일 것이다. 속도..

서양 과학자들은 빛의 속도를 어떻게 알아냈을까? 감명 감탄 감복하지 않을 수 없다. 처음으로 빛의 속도가 무한하지 않고 유한하다고 여긴 갈릴레이(Galileo Galilei 1564~1642)와 조수는 각각 멀리 떨어진 산을 올랐다. 서로의 등불에 반응하는 시간을 재면 빛의 속도를 측정할 수 있다고 생각했다. 미련한 짓이었다. 빛은 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 도는 어마어마한 속력이니 무모한 실험이었다. 당연히 실패했다. 그러나 빛의 속도를 재기 위해 덤빈 위대한 실험이었다. 드디어 뢰머(Ole Rømer 1644~1710)가 빛의 속도를 인류 최초로 계산해냈다. 2억1200만m/s. 피조(Armand Fizeau 1819~1896)는 더 정확하게 계산했다. 3억1300만m/s. 푸코(Jean Fou..

데모크리토스(Democritus BC 460~380)는 원자(Atom)라는 개념을 관념적으로 제창했다. 돌튼(John Dalton 1766~1844)은 원자설을 구체적으로 창시했다. 파인만(Richard Feynman 1918~1988)은 모든 물질은 원자로 이루어져 있다고 선언했다. 그러나 파인만의 선언을 헤까닥 뒤집는 설이 나타났으니 끈(string) 이론이다. 모든 물질이 끈(弦)으로 이루어졌다니? 기가 막히다. 이 끈은 초끈(super string)으로 발전했다. 수학적 초대칭을 이루는 아름다운 끈이다. 그 크기는 원자보다 훨씬 작다. 원자보다 작고 원자핵보다 작고 쿼크보다도 작다. 쿼크보다 1억 배나 작다. 그 작은 끈들의 모양새와 진동수에 따라 서로 다른 원자들이 형성된다는 게 끈 이론의 요체..

뉴턴(Issac Newton 1643~1727) 이후 물리학은 엄청나게 발전했다. 특히 전자기학 발전으로 눈부신 문명 발전을 이루었다. 그 발전의 중심에 무엇에 관한 탐구가 있었을까? 바로 빛이다. 동양의 성리학이 이(理)와 기(氣)를 관념적으로 따졌다면 서양의 물리학은 빛이 입자냐 파동이냐를 실체적으로 살피면서 발전해 갔다. 뉴턴은 빛의 파동설이 당연시 되던 시절에 빛의 입자설을 공식 거론하며 논쟁의 불씨를 지폈다. 크기가 서로 다른 빛알 입자들이 다른 주기로 진동하며 색을 띠기에 프리즘을 통해 무지개 색깔들이 나타난다고 본 것이다. 그 누구도 100여 년 동안 뉴턴의 입자설에 이의를 제기하지 않았다. 그러나 영(Thomas Young 1773~1829)에 의해 빛의 파동설이 주류가 되었다. 빛이 입자..

문명의 이기(利器)들 중 가장 신기한 세 개를 나름 꼽는다면? 첫째, 비행기다. 수십수백 명의 사람을 태운 무거운 물체가 하늘을 날다니? 아무리 베르누이 정리에 따른 양력(揚力)을 알더라도 신기하다. 둘째, 고층빌딩이다. 어떻게 100층 정도 건물을 세울 수 있는지? 건축공학으로 설명해도 신기하다. 셋째, 핸드폰이다. 어찌 연결선도 없는데 시청각 데이터가 전송되는지? 무선통신 이론을 공부해도 신기하다. 그중 가장 신기한 걸 딱 하나 꼽자면 핸드폰이다. 아무리 과학적 기술적 공학적으로 그 원리를 안다 하더라도 신기하다. 신기함에 무심한 채 현대인은 거의 누구나 핸드폰을 쓴다. 음수사원(飮水思源)! 물을 마시면 샘을 처음 판 사람을 생각하랬다. 핸드폰을 편리하게 사용한다면 다섯 명을 생각해야 마땅하다. AF..

네 가지 기본 힘인 강력 약력 중력 전자기력 중 인간이 통제할 수 있는 힘은? ①강력은 원자핵 속 양성자와 중성자를 하나로 통합하는 힘이다. 그 묶음을 풀면 핵폭탄이다. 인간은 강력을 만들 순 없다. ②약력은 원자핵이 붕괴하는 힘이다. 이때 방사선이 나온다. 역시 인간은 약력을 만들 순 없다. ③중력은 질량을 가진 두 물질끼리 끌어당기는 힘이다. 인간은 배나 비행기로 중력에 거스르는 부력(浮力)이나 양력(揚力)을 만들 순 있어도 중력을 만들 수 없다. ④전자기력은 +와 - 전하와, N과 S 극성이 서로 엮이며 만들어지는 힘이다. 인간은 이 힘을 만들 수 있다. 정답은 전자기력이다. 이처럼 인간은 강력 약력 중력을 못 만들어도 전자기력을 만들어 낼 수 있다. 전자기력은 전기(電氣)력과 자기(磁氣)력이다. ..

전설 시대인 3황(皇) 시대를 이어 5제(帝) 시대 첫 번째 왕인 황제(黃帝 BC 2717~2599)는 지남차(指南車)를 탔단다. 마차 방향을 바꿔도 늘 남쪽 방향을 가리키는 무언가라면 자석을 이용한 지남철 아닐까? 그렇다면 중국 한나라 때 발명되었다는 나침판보다 2000여 년 앞서 나침판인 지남철이 사용되었겠다. 신라(羅)로부터 온 바늘(針) 판이라 나침판이라는 설도 있던데 글쎄다. 지금도 중국인들은 지남(指南)이라는 낱말을 사용한다. 남쪽을 가리켜 동서남북 모든 방향을 안내할 수 있으니 안내(案內)를 뜻한다. 아무튼 인류는 5000여 년 전부터 자석을 사용했을 것으로 짐작된다. 서양에선 고대 그리스의 마그네시아에서 어느 목동이 쇠 지팡이 끝에 쇠붙이가 달라붙는 걸 보고 마그넷(magnet)이라 불렀단..

역사에선 헤로도토스, 의학에선 히포크라테스, 기하에선 유클리드, 우화에선 이솝, 원자에선 데모크리토스, 민주주의에선 솔론, 음악에선 피타고라스, 연극에선 아이스킬로스, 정치학에선 플라톤, 자연과학에선 아리스토텔레스, 부력에선 아르키메데스, 수사학에선 이소클리테스… 고대 그리스에서 기원전 여러 방면에서 시조(始祖)를 배출했다는 게 참 놀랍다. 전기에서도 그 뿌리를 찾아가다 보면 고대 그리스의 탈레스(BC 625~547)를 만난다. 그는 호박(琥珀)을 문지르면 정전기가 발생한다는 사실을 통해 전기현상을 최초로 발견했다. 그 마찰전기를 그리스어로 호박을 뜻하는 일렉트론이라 이름 지었다. 그러나 2000년이 넘도록 아무 진전이 없었다. 드디어 1700년대부터 본격 시작된 전자기학의 역사는 한 편의 극적 드라마다..

①중력 ②강력 ③약력 ④부력 ⑤양력 ⑥정력 ⑦마력 ⑧전력 ⑨풍력 ⑩조력 ⑪원심력 ⑫구심력 ⑬마찰력 ⑭탄성력 ⑮회복력 16수축력 17응집력 18관성력 19반발력 20표면장력 21전자기력 등… 이들 중에서 자연에 존재하는 기본 힘은 딱 네 개다. ①중력 ②강력 ③약력 21전자기력. 나머지 힘들은 이들 네 개로부터 파생되는 것들이다. ⑥번 정력도 그렇다. 인간을 비롯한 모든 생명체는 음양 원리에 따른다. 음양이란 음 전하와 양 전하를 가진 전자기력이다. 몸 속 회로에서 전자전달계가 잘 작동되어 음양의 흐름이 온전할 때 생명체의 순수한 힘인 정력(精力)이 좋아진다. 음양원리에 벗어나는 듯한 착각을 불러 일으키는 마력(魔力)은 중력이나 전자기력과 비교해 파생되는 힘이다. 산화와 환원, 염기와 산 등 모든 화학반응..

고대 그리스의 철학자인 엠페도클레스(BC 493~433)는 4원소설을 주장했다. 이후 데모크리테스(BC 460~370)가 더 이상 쪼개어질 수 없는 원자설을 주장했다. 그러나 원자설은 받아들여지지 못했다. 그리하여 만물이 물 불 공기 흙으로 이루어졌다는 4원소설은 2000여 년 동안이나 주류적 정론으로 받아들여졌었다. 드디어 돌턴(John Dalton 1766~1844)에 의해 원자론은 부활했다. 이후 과학자들은 원자를 집요하게 파헤치기 시작했다. 원자 안에 전자가 있었다. 원자는 더 이상 쪼갤 수 없는 게 아니었다. 원자 안에 원자핵이 있다는 사실도 밝혀졌다. 원자핵 안에 양성자와 중성자라는 핵자가 있다는 사실도 알게 되었다. 핵자 안에는 뭐가 있을까? 왕창 깨부숴 볼까? 깨부수기 위해 수십 km 터널..