뉴턴의 사고 실험 - 만유인력의 법칙

영국의 물리학자 아이작 뉴턴의 전기에는 `사과가 나무에서 떨어지는 것을 보고 만유 인력을 발견했다'라는 유명한 이야기가 있습니다. 이 이야기가 사실인지는 알 수 없으나, 뉴턴은 지구상의 물체가 떨어지는 현상 대해서, 달은 왜 지구로 떨어지지 않는지에 대해 생각했습니다. 물체에 실을 묶어 연결하고 세게 휘두르면 물체는 원운동을 시작합니다. 이 때 물체에는 원심력이 작용하고 있기 때문에, 실을 손에서 놓으면 물체는 멀리 날아가 버립니다. 달은 지구의 주위를 공전하며 원운동을하고 있지만, 그렇다고 해서 달과 지구가 실로 연결되어 있지는 않습니다. 뉴턴은 달이 지구 근처에서 벗어나지 못하고 같은 거리를 유지하고 있는 것은, 달에 작용하는 원심력과 지구와 달을 연결하는 모종의 힘이 서로 얽혀 있기 때문이 아닐까하고 생각했습니다. 그리고 지구가 달을 잡아두는 힘은 낙하하는 사과에 작용하는 힘과 같지 않을까 생각했습니다. 그 힘은 바로 중력 입니다. 물론 갈릴레오 갈릴레이가 이전에 낙하 실험을 해본 것에서 알 수 있듯이, 뉴턴이 중력을 처음 발견한 것은 아닙니다. 뉴턴이 그 다음에 생각한 것은 지구만이 중력으로 달을 끌어당기고 있는가 하는 것이었습니다. 지구에 중력이 있다면, 달에도 중력이 있을 것이라고 생각했습니다. 즉, 달과 지구는 서로 연결된 것처럼, 서로 끌어당기고 있는 것이 아닐까 생각했습니다. 그리하여 뉴턴은 질량을 가진 물체 사이에는 서로를 끌어당기는 힘이 작용하고 있다고 생각해 '만유인력의 법칙'을 도출했습니다. 이렇게 사과가 떨어지는 현상과 천체의 운동이 같은 원리에 근거하고 있다는 결론에 이르렀습니다. 당시에는 우주에서 실험할 수 없었습니다. 뉴턴은 일상생활에서 일어나는 현상을 힌트로, 우주에서 어떤 일이 일어나는지를 천체 관측의 결과에 비추어 사고 실험으로 생각한 것 입니다.