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중력

신비로운 힘

저자: Don DeYoung
번역자: 한국어창조과학회 (creation.or.kr)

중력(Gravity)은 우리들이 땅 위에 견고하게 서있도록 붙들고 있으며, 지구가 태양의 둘레를 공전할 수 있도록 한다. 또한 이 보이지 않는 힘은1 하늘로부터 비를 내리게 하고, 매일 바다의 밀물과 썰물을 일으키는 원인이 된다. 그것은 지구를 구형으로 유지하게 하고, 우리의 대기가 우주로 흩어져 나가는 것을 막고 있다. 이 일상적인 중력의 힘은 과학에서 가장 잘 이해되어져야하는 개념 중의 하나가 되어야 하는 것처럼 보인다. 그러나 사실은 그 반대이다. 다양한 방식으로 작용하고 있는 중력은 하나의 깊은 신비로 남아 있다. 중력은 오늘날 과학 지식의 한계에 대한 놀랄만한 한 예를 제공하고 있다.

중력 - 궤도에 물체들을 붙잡고 있는 끈

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그 림 1. 달의 공전궤도에 대한 그림 (원래 축척은 아님). 매 초 동안 달은 약 0.8km 정도 여행한다. 이 거리에서 달은 지구 중력에 의한 끌어당겨짐으로 인해 직선으로부터 1mm 정도 궤도가 구부러진다(그림의 점선). 달은 태양 주위를 공전하는 행성들처럼 지구 쪽으로(둘레를) 계속 돌게 된다.

중력은 무엇인가?

아 이삭 뉴턴(Isaac Newton)은 1686년에 이것에 대해 의문을 갖게 되었고, 결국 중력은 모든 물체들 사이에 존재하는 인력(attractive force)이라고 결론을 내렸다. 그는 사과가 땅에 떨어지도록 하는 힘과 같은 힘이 달을 공전궤도에 붙잡고 있다는 것을 깨달았다. 지구의 중력은 실제로 달이 매 초마다 직선 경로로 1 mm 멀어지는 것을 막아 공전궤도를 돌 수 있도록 하고 있다 (그림1). 뉴턴의 우주적인 중력의 법칙(Law of Gravity)은 고금을 통해서 가장 위대한 과학적 발견 중의 하나이다.

중 력은 자연계에서 알려진 4 개의 기본적인 힘 중에 하나이다 (표1). 주목할 것은 중력은 네 개의 힘 중에서 가장 그리고 매우 약하다는 것이다. 그러나 그것은 거대한 규모의 우주 공간의 물체들을 지배하고 있다. 뉴턴이 보여줬던 것처럼, 어떤 두 물체 사이에 끌어당기는 중력은 거리가 멀어질수록 훨씬 줄어든다. 그러나 그것은 결코 제로(0)에 도달하지 않는다. (아래의 글 ‘설계된 중력’을 보라).

그러므로 전체 우주의 모든 입자들은 실제로 그 밖의 모든 입자들을 끌어당긴다. 중력은 강력과 약력(표1)과는 대조적으로 장거리(long-range)에 작용하는 힘이다.2 자기력과 전자기력도 또한 장거리에 작용한다. 그러나 중력은 장거리에서 항상 인력을 가지고 있어서 결코 취소되지 않는(끌어당겼다 밀쳐냈다 할 수 있는 전자기력과 같지 않는) 것이 독특하다.

(표1) 자연의네가지기본적인힘들

 힘의 이름 상대적 강도 관여하는 일
 강력(Strong) 1  원자핵의 안정성
 전자기력(Electromagnetic) 10-2  원자, 분자의 결합
 약력(Weak) 10-6  방사성 붕괴 과정들
 중력(Gravity) 10-43  우주 물체들의 안정성

1849 년 위대한 창조 물리학자인 패러데이(Michael Faraday)가 시작한 이후, 물리학자들은 중력과 전자기력 사이의 숨겨진 관계를 지속적으로 조사해왔다. 네 가지의 모든 기본적인 힘들을 하나의 방정식, 또는 ‘통일이론(theory of everything)‘으로 통합하기 위한 노력이 있었지만 성공하지 못했다. 중력은 가장 적은 부분만 이해되어진 힘으로 남아 있다.

중 력은 어떤 방법으로도 차단될 수 없다. 두 분리된 물체 사이에 있는 물체는 구성물이 무엇이든 그들 사이의 인력에 아무런 영향을 끼치지 못한다. 이것은 중력이 없는 방(antigravity chamber)이 실험실 내에서 만들어질 수 없다는 것을 의미한다. 중력은 물체들의 화학적 구성에 의존하지 않고, 오직 무게로서 인식되고 있는 질량(mass)에만 의존한다.(어떤 것에 대한 중력의 강도는 무게에 달려있다. 질량이 클수록 중력은 더 커진다). 만약 유리, 납, 얼음, 심지어 스티로폴로 이루어진 덩어리들이 모두 같은 질량을 가지고 있다면, 동일한 중력이 작용할 것이다. 이것은 이론적인 설명이 아닌 실험적 발견이다.

설계된 중력 (Designer gravity)

거리 r 만큼 떨어진 두 물체 m1과 m2 사이의 힘 F는 F =(G m1 m2)/r2 로서 쓰여질 수 있다.

여기서 G는 중력상수(gravitational constant)이고, 1798년 헨리 카벤디쉬(Henry Cavendish)에 의해 첫 번째로 측정되었다.1

이 방정식은 두 물체 사이의 떨어진 거리 r이 커짐에 따라 감소되어진다는 것을, 그러나 결코 제로(0)는 되지 않는다는 것을 보여주고 있다.

이 방정식에서 역 제곱의 성질은 흥미롭다. 중력이 왜 이러한 방식으로 작용하는 지에 대한 본질적인 이유가 없다. 만약 우연히 우주가 진화하는 도중에 중력이 생겨났다면, r1.97 또는 r2.3 과 같은 무작위적인 숫자가 더 그럴듯해 보인다. 그러나 정확히 측정된 계산치들에 의하면, r의 지수는 소수점 다섯째 자리까지 정확하게 2.00000 임으로 밝혀졌다. 한 연구자는 이것에 대해, 이 결과는 ‘너무도 깔끔하게 맞춘 것처럼 보인다’ 라고 하였다.2 우리는 중력의 힘은 정확하게, 창조된 설계라는 것을 보여주고 있다고 결론지을 수 있다. 실제로, 지수가 정확하게 2에서 조금만 벗어나도 행성들의 궤도와 전체 우주는 불안정하게 될 것이다.

Reference and note

  1. For the technically minded, G = 6.672 x 10–11 Nm2kg–2
  2. Thompsen, D., ‘Gravity very precisely’, Science News 118(1):13, 1980

중 력은 정말 무엇인가? 어떻게 이 힘은 비어 있는 광대한 우주 공간을 가로질러 작용할 수 있는가? 그리고 그것이 우선적으로 존재해야하는 이유는 무엇인가? 과학은 자연에 관한 가장 기초적인 질문들에 답하는 것에 결코 성공적이지 못했다. 중력은 돌연변이 또는 자연선택에 의해 천천히 일어날 수 없다. 그것은 우주의 바로 태초부터 존재했어야만 한다. 다른 모든 물리법칙들과 함께, 중력은 계획된 설계에 의한 창조를 증거하는 명백한 증거판(testimony)인 것이다.

중 력을 설명하기 위한 시도에는 물체들 사이를 여행하는 중력양자(gravitons)라 불리는 보이지 않는 입자들이 포함되어 있었다. 또한 우주의 끈(cosmic strings)과 중력파(gravity waves)가 제안되어졌다. 그러나 어떠한 것도 확인되지 않았다. 광대한 거리를 떨어져 있는 서로 다른 물체들이 물리적으로 서로 어떻게 상호 작용하는지를 알지 못하고 있는 것이다.

중력과 성경

두 군데의 성경 귀절은 일반적으로 중력과 자연 과학의 본질을 고려하는 것에 도움이 된다. 첫 번째, 골로새서 1:17 에는 그리스도가 만물보다 먼저 계셨고, 만물이 그에 의해서 서있음(consist)을 설명하고 있다. '또한 그가 만물보다 먼저 계시고 만물이 그 안에 함께 섰느니라” 그리스어의 동사 ‘consist (sunistao)’는 응집하다(cohere), 보존하다(preserve), 함께 붙들다(hold together) 라는 의미가 있다. 성 경 밖에서 이 그리스어 단어의 사용은 그 안에 물을 담고 있는 용기(container)로 사용되고 있다. 이 단어는 골로새서에서 완전 시제로 사용되었는데, 이것은 통상 완성된 과거의 행동으로부터 현재까지 지속적인 상태를 의미하고 있다. 사용되었던 한 물리적 메커니즘은 명백히 중력이다. 이 중력은 창조주에 의해서 확립되었고, 오늘날까지도 결점 없이 유지되어오고 있다. 반대를 생각해 보자. 만약 중력이 한 순간이라도 멈춰진다면, 즉각적으로 혼돈의 무질서한 상태가 되어버릴 것이다. 지구, 달, 항성들을 포함해서, 우주의 모든 물체들은 더 이상 유지되어질 수 없을 것이다. 모든 것들은 즉시 작은 조각들로 붕괴되어질 것이다.

두 번째 구절인 히브리서 1:3은 그리스도가 그의 능력의 말씀으로 만물을 붙들고(uphold) 계시다고 선포한다. “이는 하나님의 영광의 광채시요 그 본체의 형상이시라 그의 능력의 말씀으로 만물을 붙드시”. 붙 들다(uphold, phero) 라는 단어는 다시 만물을(중력을 포함하여) 지속시키다(sustaining), 유지하다(maintaining)로 기술되고 있다. 이 구절에서 붙들다 라는 단어는 단순히 무게를 지탱하고 있다는 것보다 훨씬 많은 의미를 내포하고 있다. 거기에는 우주 안에서 일어나는 모든 운동과 변화들을 조절하는 것을 포함한다. 이 무한한 일이 주님의 전능하신 말씀에 의해서 우주가 처음 존재하게 된 이후 관리되고 있다는 것이다. 중력이라는 이 ‘신비로운 힘(mystery force)’은 거의 4세기 동안의 연구에도 불구하고 매우 조금만 알려져 있다. 그리고 이것은 우주를 붙들고 계시는 경이로운 신성의 발현(manifestations)들 중에 하나인 것이다.

(표2) 여러 물체들 사이에 끌어당기는 중력의 힘에 대한 여러 예들

 두 물체 중력의 힘(kg, 해수면에서)
 당신과 책 4.5 X 10-10 (10-9 lbs)
 당신과 달 .00045
 두 대의 인접한 기관차 .0022
 당신과 지구 (해수면에서)  당신의 몸무게
 달과 지구 1.8 x 1019
 지구와 태양 3.6 x 1021
NB : kg은 사실 질량의 단위이다 (힘의 단위는 N(뉴튼)이고, 1kg의 무게에 작용하는 힘은 해수면에서 9.8N 이다). 주어진 질량에 의해서 가해지는 무게(힘)는 지구의 중력에 얼마나 근접한 지에 달려있다. 그래서 여기에서는 해수면을 기준으로 하였다.

참고 문헌및 메모

  1. Einstein said it is not a force in the way others are, but an effect of the curvature of space-time. 텍스트로돌아 가기.
  2. According to general relativity, the effects of gravity are not instantaneous, but transmitted at the speed of light. 텍스트로돌아 가기.