뉴턴의 사과는 정말 존재하는 것일까?

뉴턴의 사과는 

정말 존재하는 것일까?

■ 뉴턴의 사과

프랑스의 화가인 모리드 드니(Maurice Denis)는 “역사상 유명한 사과가 셋 있는데, 첫째가 이브의 사과이고, 둘째가 뉴턴의 사과이며, 셋째가 세잔의 사과이다.”라고 말했습니다. 그만큼 뉴턴의 사과는 전 세계 사람들이 잘 알고 있는 것이라 할 수 있습니다.

 

아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1643~1727)은 역사상 가장 영향력 있는 과학자이자 수학자, 신학자입니다. 뉴턴은 만유인력의 법칙뿐만 아니라 운동의 세 가지 법칙을 만들었고, 반사 망원경을 제작하였을 뿐만 아니라, 수학적으로는 미적분학을 발달시키는 등 수많은 업적을 남겼습니다. 뉴턴과 관련하여 가장 잘 알려진 일화는 사과가 떨어지는 것을 보고 만유인력의 법칙을 떠올렸다는 것입니다. 중력과 만유인력을 이야기할 때 항상 언급되는 뉴턴의 사과는 정말 존재하는 것일까요? 

▲미국의 Babson College에 있는 뉴턴의 사과나무 후손(출처: 에듀넷)

1665년, 영국에는 흑사병이 전국적으로 유행하여 학교들이 폐교하였는데, 케임브리지 대학교에 다니던 뉴턴은 학교가 폐교하자 2년 동안 고향에 내려가 있었습니다. 어느 날, 집 앞뜰에 있는 사과나무 아래 앉아 졸고 있던 뉴턴은 사과가 자신의 머리 위로 떨어지는 것을 보고, 왜 사과는 위나 옆이 아니라 항상 아래로만 떨어지는지 의문을 갖게 되었습니다.

 

자신의 의문을 해결하기 위한 노력 끝에 뉴턴은 사과가 아래로 떨어지게 만드는 어떤 힘이 있을 것이라 생각하였으며, 이 힘이 바로 중력이라 하였습니다. 즉, 중력이 작용하기 때문에 사과가 아래로 떨어지는 것이고, 이 중력은 우주에 있는 모든 물체 사이에 존재하는 힘이라고 생각하였습니다. 이것이 만유인력의 시초가 된 것입니다.

■ 만유인력의 법칙

뉴턴은 사과가 아래로 떨어지게 만드는 힘, 즉 중력이 작용하기 때문에 사과가 아래로 떨어지는 것이고, 중력은 우주에 있는 모든 물체 사이에 존재하는 힘이라고 생각하였습니다. 중력이란 지구의 지표면에 있는 물체를 지구가 지구 중심 방향으로 끌어당기는 힘을 말합니다. 이것이 만유인력의 법칙입니다. 만유인력은 뉴턴이 처음으로 이야기한 것으로 질량을 가지고 있는 물체들이 서로 끌어당기는 힘을 말합니다.

 

그렇다면, 지구랑 사과의 사이에 인력이 있고, 지구가 사과를 끌어당기는 힘과 사과가 지구를 끌어당기는 힘의 크기는 같은데, 왜 지구는 움직이지 않고, 사과가 지상으로 떨어질까요? 물체는 제자리에 있으려고 하는 성질이 있는데 이것을 ‘관성’이라고 하며 관성은 질량이 크면 커집니다. 그런데 지구의 질량이 사과의 질량보다 매우 커서 관성의 힘이 지구가 휠씬 큽니다. 그러므로 똑같은 힘이 가해졌을 때 관성이 작은 사과가 움직이여서 지상으로 떨어지는 것입니다. 

▲질량을 가진 물체가 서로 끌어당기는 힘, 만유인력(출처: 에듀넷)

그런데 정말 뉴턴은 사과가 떨어지는 것을 보고 만유인력의 법칙을 생각하게 되었을까요? 이에 대해서는 아직도 논란이 존재합니다. 어떤 사람들은 뉴턴이 고향으로 돌아오기 전부터 만유인력에 대해 생각하고 있었고, 뉴턴과 같은 시대의 다른 학자들도 만유인력에 대해 고민을 하고 있었다고 말합니다. 또, 어떤 사람들은 영국의 계몽 사상가인 볼테르가 뉴턴이 죽던 해에 사과나무 이야기를 했는데, 볼테르는 뉴턴의 조카에게서 그 이야기를 들었다고 합니다. 이러한 논란은 지금까지도 계속되고 있는데, 최근 영국의 영국왕립학회가 뉴턴과 친분이 있었던 영국의 과학자 윌리엄 스터클리(William Stukeley, 1687~1765)가 쓴 문서의 원본을 공개하였습니다. 이 문서의 제목은 ‘아이작 뉴턴 경의 삶에 대한 회고록(Memoirs of Sir Isaac Newton’s life)’으로, 이 문서의 42쪽에 나오는 뉴턴과 스터클리가 나눈 대화에서 사과 이야기가 언급됩니다.

 

1726년 봄의 어느 날 저녁을 먹은 두 사람은 사과나무 아래에서 차를 마시고 있었는데, 뉴턴이 이와 같은 상황에서 중력에 대한 개념이 자신의 머리에 갑자기 떠올랐다고 스터클리에게 이야기했다고 합니다. 문서에는 “그(뉴턴)가 깊은 생각에 잠겨 앉아 있는 그때에 사과가 떨어졌다. 그는 왜 사과는 옆이나 위가 아니라 수직으로 떨어지는 것인지를 생각했다. 그 이유는 분명히 지구가 사과를 끌어당기기 때문이다. 물질에는 끌어당기는 힘이 있어야 한다.”라고 기록되어 있다고 합니다.

▲영국왕립학회가 공개한 뉴턴의 회고록(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]