허성욱 칼럼 50 - 케플러의 법칙

기사입력 2017.04.28 13:39

케플러의 법칙

사람마다 세상을 바라보는 시각이 다르다. 그 이유는 그의 경험이 다르기 때문이다. 그 경험에 대한 의미와 해석도 사람마다 다르다. 물리학을 공부하는 사람들도 그렇다. 그리스도인 과학자들의 성경과 과학에 대한 이해도 다른 경우를 본다. 왜 그럴까? 교류분석 용어로는 준거틀, 아들러 상담자들의 용어로는 사적논리가 다르기 때문이다. 그리스도인의 참된 준거틀은 성경이라야 한다. 어떤 분야에 종사하더라도 성경의 안경으로 사물을 들여다보고 사건을 이해해야 한다.

그런 의미에서 천체물리학의 태두라고 해도 좋을 케플러와 뉴턴의 준거틀은 확실히 성경의 안경이다. 코페르니쿠스가 지동설을 주장하다 “당시 교회”의 핍박을 받은 것을 두고 성경과 과학은 대척점에 있다는 선입견을 가지고 접근할 수도 있을 것이다. 그건 옳지 않다. “그 교회”는 그 때 일로 인하여 진화론을 받아들였다. 그것도 옳지 않다.

오늘 살펴볼 법칙은 케플러의 법칙이다. 케플러는 티코 브라헤의 제자이다. 브라헤는 육안으로 행성의 운행을 관측하고 많은 자료를 남겼다. 케플러는 특히 브라헤가 남긴 화성에 대한 여러 가지 관측 자료를 분석하여 행성의 운행에 관한 세 가지 법칙을 정리하였다. 그는 행성이 타원 운동임을 밝혀냈다. 타원은 두 점(초점)으로부터의 거리가 일정한 점들의 집합이다. 행성의 타원 궤도는 초점 사이의 거리가 짧아 원 궤도에 가깝다.

케플러는 화성의 궤도를 추적하여 화성의 공전궤도가 타원이라고 1609년에 발표한다. 사실 모든 행성의 공전궤도는 태양을 초점으로 하는 타원이다. “행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운동한다.” 이것이 그 유명한 케플러 제1법칙(타원 궤도 법칙)이다.

케플러는 화성의 궤도 위에 화성의 위치를 일정한 간격으로 표시하면서 태양을 초점으로 하는 면적을 그려 보았다. 그는 “행성과 태양을 연결하는 선이 같은 시간에 지나간 면적이 같다.”는 사실을 알아내었다. 행성이 태양에 가까울 때는 빠르고 멀리 있을 때는 속도가 느리다. 이른 바 케플러 제2법칙(면적 속도 일정 법칙)이다. 1609년에 발표했다. 이 법칙은 뒷날 뉴턴이 각운동량 보존의 법칙을 발견하는 기초가 되었다. 케플러의 위대한 발견이 진행되고 있는 시기인 1610년 갈릴레이는 목성의 위성을 망원경으로 관측하여 태양 중심의 지동설의 정당성에 대한 확신을 갖게 된다.

케플러는 마침내 1619년 “행성의 공전 주기의 제곱과 행성 궤도의 긴반지름의 세제곱은 비례한다.”는 케플러 제 3법칙(조화 법칙)을 발표하였다. 뉴턴의 통찰력이 케플러의 제3법칙을 그냥 넘길 리 없었다. 그는 태양 주위이 행성의 운동이 케플러의 법칙을 만족하고 있다는 사실을 결코 간과하지 않았다. 태양과 행성 사이에 어떤 인력이 있을 것이라는 생각을 하였고, 그것은 드디어 만유인력의 법칙을 발견하는 계기가 된다. 자신의 제2법칙과 구심력, 주기운동, 케플러의 제3법칙을 사용하여 만유인력의 법칙을 발견하였다.

케플러는 제3법칙을 통해 행성과 행성 사이에도 일정한 관계식에 성립함을 발견하고, 신비스럽게 생각했다. 그래서 케플러가 자신의 제3법칙을 조화의 법칙이라고 했다. 그는 그의 저서 “조화로운 세계”를 발표하면서 그 책에 다음과 같이 기록하였다. “우리 주 하나님은 위대하시도다. 그의 권능은 위대하시며 그의 지혜는 끝이 없으시도다.” 성경은 말씀한다. “집마다 지은 이가 있으니, 만물을 지으신 이는 하나님이시라” (히3:4)

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정호두 목사 칼럼/구원을