코페르니쿠스와 중력
니콜라우스 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus, 1473. 2. 19. ~ 1543. 5. 24.)
태양과 지구의 관계에 관한 중세적 관념을 자연과학적 사고 체계로 바꾼 폴란드의 천문학자이자 가톨릭 성직자.
당시 지배적인 중세 우주관은 지구가 우주의 중심이고, 인간은 그 위에 사는 존엄한 존재로서, 달 위의 천상계는 영원한 신의 영역이었다는 믿음이었다. 이는 전통적인 교회의 입장이 반영된 것이다. 코페르니쿠스는 이와 같은 프톨레마이오스의 지구 중심설을 반박하고, 태양을 중심으로 지구가 돌고 있음을 주장하였다. 그의 이러한 주장으로 인해 고대 그리스 이후 르네상스까지 우주에 관한 지식에 있어 암흑기였던 인류 과학은 관측과 계산을 바탕으로 한 과학혁명의 시대를 열었다고 평가받는다.
원래 코페르니쿠스는 폴란드의 수도 크라쿠프에 위치한 쿠르쿠프 대학과 이탈리아 볼로냐 대학에서 천문학, 교회법 등을 공부했다. 특히 그는 천문학 등을 고대 그리스 철학자인 아리스토텔레스의 책으로 공부했다. 아리스토텔레스는 자연과 우주 전체를 밀접한 논리적 관계로 묶어 하나의 체계로 설명하고자 했고, 자연의 모든 사물은 흙, 물, 공기 불이라는 네 가지 원소로 이루어져있다고 생각했다. 그에 따르면 하늘은 완벽하여 영원히 변하지 않으며 하늘의 별과 태양, 행성들은 제 5원소인 에테르로 이루어져있다고 주장했다. 신은 우주에 질서를 부여했으며 우주가 그 질서에 따라 움직이도록 관리한다. 인간은 물질적 요소와 영적인 요소가 섞여 이루어진 존재로 생각되었다.
<위키백과, 검색어 "코페르니쿠스", 2023. 11. 28.>에서 정리
지구는 우주의 중심점이라는 엄청난 특권을 포기해야 했다. 이제 인간은 엄청난 위기에 봉착했다. 낙원으로의 복귀, 종교적 믿음에 대한 확신, 거룩함, 죄 없는 세상, 이런 것들이 모두 일장춘몽으로 끝날 위기에 놓인 것이다. 새로운 우주관을 받아들인다는 것은 사상 유례가 없는 사고의 자유과 감성의 위대함을 일깨워야 하는 일이다.
— 괴테(Johann Wolfgang von Goethe, 1749~1832)
코페르니쿠스는 사망했던 해인 1543년 《천구의 회전에 관하여(De revolutionibus orbium coelestium)》를 출판하여, 태양은 우주의 중심이며 지구는 태양 주위를 돈다는 태양중심설(지동설)에 관한 내용을 발표한다. 지구가 움직인다는 혁명적인 이론이 이미 11년 전인 1532년 거의 완성되었음에도 불구하고, 그는 출판을 망설였던 것이다.
그 이유에 관해서는 다음과 같은 두 가지 주장이 있다.
첫째, 태양 중심설은 교회의 입장과 정면으로 충돌하기 때문이라는 주장이 있다.
둘째, 태양을 중심으로 지구가 공전한다는 것이 사실이라면 빠르게 움직이는 지구 위에 있는 인간은 왜 광활한 우주로 튕겨나가지 않는 지를 설명하기 어려웠다는 주장이 있다.
첫째 이유에 대해서는 당시 사회적 분위기상 충분히 이해가능하다. 코페르니쿠스 이후에 태어난 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564~1642)가 겪은 일을 생각해보면 지동설이 극심한 교회의 반발에 부딪칠 것은 너무나 당연하다.
흥미로운 것은 둘째 주장이다. 관측과 계산에 입각하여 내놓은 결론은 태양을 중심으로 지구가 돌고 있다는 사실인데, 코페르니쿠스 그 자신도 빠르게 움직인다는 지구에서 왜 아무런 일(?)이 일어나지 않는지 설명할 수 없었던 것이다.
사실 두번째 주장의 궁금증은 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1643~1727)에 의해서 풀렸다.
지구가 사과를 끌어당기는 것처럼, 땅 위에 있는 인간을 포함한 모든 존재를 끌어당기고 있기 때문에 우리는 캄캄한 우주로 튀어나가지 않을 수 있는 것이었다. 즉 중력의 작용이 밝혀지고 나서야 비로소 과학적 방식으로 이해 할 수 있었다.
현대 과학에서 가장 흥미로운 영역 중 하나인 양자역학.
양자역학의 흥미로운 특징 중 하나인 '양자 얽힘'(quantum entanglement)은 '얽혀있는 두 양자 중 어느 하나가 관찰에 의해 상태가 확정되면 거리가 관계없이 떨어져있던 다른 양자도 상태가 바로 확정되는 현상'을 말한다. 심지어 그 거리가 몇 만 광년 떨어져있더라도 말이다. 현대 과학에 따르면 빛의 속도를 초과하는 물질이나 현상은 없다. 여기에는 정보의 이동도 포함된다. 이러한 명제를 뛰어넘는 이 놀라운 현상을 아인슈타인은 '멀리 떨어진 곳의 유령같은 거동(spooky action at a distance)'이라고 불렀다.
'양자 얽힘'은 시공간을 초월하는 현상이기에 아직까지 그 메커니즘을 정확하게 설명하지 못한다. 다만 아직 인간이 과학적으로 밝히지 못한 어떤 변수가 있을 것이라고 짐작할 뿐이다.
코페르니쿠스를 망설이게 했던 중력이라는 변수처럼, 양자 얽힘을 설명하는 변수도 언젠가는 밝혀질 것이다. 그런 의미에서 진짜 우리에게 필요한 과학적인 사고체계는 아직 과학적으로 설명하지 못한다고 해서 비과학으로 함부로 치부할 것은 아니라는 겸손일지 모른다.
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