뉴턴의 발견을 통해 우리는 중력이라는 힘을 알게 되었습니다. 하지만 여전히 중력이란 힘에 대해서는 아리송하기만 합니다. 빛 속도로 달려도 몇 년이 걸릴 만큼 멀리 떨어진 천체 사이에 중력에 어떻게 작용할 수 있을까요? 멀리 떨어져 있는 천체는 다른 천체가 주는 중력을 즉시 느끼는 것일까요? 몇 년이 지나 느끼는 것일까요? 이런 의문은 대부분의 사람이 한 번쯤을 해봤을 것입니다.
프린키피아를 통해 뉴턴의 중력 법칙이 유럽 대륙에 알려지자, 그곳의 유명한 과학자들도 뉴턴에게 같은 질문을 던졌습니다. 힘이 우주처럼 먼 거리에까지 작용하리라고 상상할 수 없었기 때문입니다. 그들은 또 자신들의 질문에 뉴턴이 만족할 만한 답을 줄 수 없다면, 중력은 참일 수 없다고 주장했다고 합니다. 그들에게 명쾌한 답을 줄 수 없었던 뉴턴은 고민 끝에 나는 가설을 만들지 않는다라는 짤막한 편지를 써서 보냈습니다. 자신은 자연을 관찰하여 남들이 모르던 새로운 사실을 발견했을 뿐이지, 신만이 알고 계실 내용을 추측하지 않겠다는 의지를 표현한 것입니다. 또 그는 어떤 위대한 발견도 용감한 추측 없이는 발견될 수 없다고 하며, 용기가 있으며 자신보다 나은 추측을 해 보라고 도전장을 던졌다고 합니다.
뉴턴이 살던 당시처럼, 지금도 힘을 제대로 이해하기란 쉽지 않습니다. 힘은 눈으로 볼 수 있는 직접적인 대상이 아니기 때문입니다. 하지만 눈이 아닌 마음을 이용하면, 힘을 너무나 꽃처럼 생생하게 느낄 수 있습니다. 이제 우리 주위에 존재하는 힘에 대해서 한번 소개해 보겠습니다.
힘은 물리학에서 벡터라고 부릅니다. 벡터는 크기 외에도 방향이 중요합니다. 물리학에서 다루는 물리량 가운데에는 벡터 외에 스칼라도 있습니다. 다만, 스칼라는 크기만 중요할 뿐 방향은 의미가 없습니다. 벡터의 대표적인 예가 바로 속도입니다. 자동차의 속도에 대해 생각해 봅시다. 얼마나 빨리 달리느냐만큼 어디를 향해 달리느냐도 중요합니다. 속도의 방향을 모르면 1시간 후에 자동차가 어디에 있는지 위치를 알 수 없기 때문입니다. 반면 스칼라의 대표적인 예는 질량입니다. 질량이 10kg인 물체는 어디로 가져가든 항상 질량이 10kg입니다. 다시 말해, 방향과 관계없이 크기만이 중요합니다.
힘이 벡터라는 사실을 알고 싶다면, 다음과 같은 간단한 실험을 생각해 보면 됩니다. 우선 로프와 무거운 물체를 준비하고 자신과 체중이 비슷한 친구를 부릅니다. 그리고 물체의 양쪽에 로프를 연결하니다. 이제 각자 자기 쪽 로프를 잡고 당기면 됩니다. 첫 번째는 줄다리기 시합을 하는 것처럼 서로 반대 방향으로 힘을 주어 당깁니다. 두 사람의 힘이 비슷하다면, 물체는 움직이지 않습니다. 두 번째는 한쪽 로프를 옮겨 두 사람이 같은 곳에 서서 같은 방향으로 힘을 주어 당깁니다. 물체가 아주 무겁지만 않다면, 슬슬 움직이기 시작할 것입니다. 이 실험을 통해 우리는 물체의 운동에 있어서 힘의 크기만이 아니라 방향도 중요하다는 사실을 알게 되었습니다. 따라서 힘을 알기 위해서는 힘의 크기 외에도 방향도 잘 기억해야 합니다.
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