천체물리학 이야기

라플라스가 들려주는 천체물리학 이야기 - 과학자들이 들려주는 과학이야기 57 ㅣ 과학자가 들려주는 과학 이야기 131
송은영 지음 / 자음과모음 / 2005년 9월

아이들에게 창의적 사고력을 넓혀 주기 위해서는 무엇보다도 생각하는 힘,궁금증을 자아내게 하는 요소와 참신한 질문거리를 던져 주는 것이 좋을거라고 생각한다.사소한 문제부터 깊이있는 문제에 이르기까지 질문을 하여 그에 상응하는 다양한 대답거리와 생각의 힘을 실어 준다면 단편적인 지식을 넘어 지혜와 통찰력,문제해결력에 이르기까지 폭넓은 존재가 될거라 생각한다.

아인슈타인의 상대성이론으로 인해 천체물리학이 형성되어 왔고,아인슈타인 이전에는 케플러와 뉴턴 그리고 라플라스가 천체물리학에 기여를 한 것으로 보여진다.이 천체물리학이 20세기에 들어와서는 비약적인 발전을 하게 되는데 에딩턴과 찬드라세카르와 오펜하이머의 기여도 크다.그렇다면 과학의 요소인 천문학과 천체물리학에 대해 어린이들이 쉽게 받아들이고 인식할 수 있는 방법은 무엇일까를 송은영 저자는 라플라스의 가상 수업으로 진행하고 있다.

신비스럽고 경이로운 우주의 물체를 바라보면서 한 번쯤 궁금증을 자아내게 하던 것들이 있다.예를 들어 달은 왜 한 달에 한 번 지구 둘레를 공전하는 걸까? 지구는 어떻게 태양 둘레를 1년에 한 바퀴 회전하는 걸까? 등이다.즉 '왜와 어떻게'라는 의문을 천체현상에 달아 우주의 신비를 파헤치는 것이 천체물리학이라고 할 수가 있다.

뉴턴의 관성의 법칙,힘과 가속도의 법칙,작용-반작용의 법칙과 중력의 법칙(만유 인력의 법칙)이 있으며,케플러가 밝혀낸 3가지 행성 운동의 법칙은 행성은 태양을 초점으로 하는 타원궤도를 돌고,행성이 같은 시간에 지나가는 면적은 어디서나 일정하고,공전주기의 제곱은 행성궤도 긴반지름의 세제곱에 비례한다는 점을 새롭게 알게 되었다.

아인슈타인은 빛을 따라가면서 상대성이론의 실마리를 풀었다고 하며,속도에 따라 특수상대성이론과 일반상대성이론을 구분하고 있다.속도가 변하지 않는 경우에 적용할 수 있는 이론이 특수상대성이론이고,이것은 길이와 시간과 질량의 변화가 예측가능하며 시간과 공간을 따로 생각해선 안 된다고 하여 탄생한 것이 시간과 공간으로 어우러진 4차원 세계라는 점이다.

나아가 아인슈타인은 비유클리드기하학의 난관을 해결하고 텐서 이론을 공부하여 일반상대성이론을 발표하게 된다.우주 공간이 직선처럼 곧지 않고 구부러져 있다고 주장하며 "태양 주변을 지나는 빛은 태양 쪽으로 휜다"라는 예언을 했다.

특별하게 다가오는 점은,우주가 팽창하는 모습과 은하가 점점 멀어져 가는 모양은 점들을 그려 놓은 고무풍선이 부풀어 오르는 것과 흡사하다는 점이다.풍선을 우주,점들을 은하하고 하면 우주가 팽창하는 형상이 된다는 것인데,우주가 팽창한다는 발견은 20세게 천체물리학이 이룬 최대의 족적이라고 생각한다.

라플라스의 10번째 가상 수업을 통해 천문학과 천체물리학,그리고 천체물리학자들이 주장한 학설 등을 살펴보는 시간이 되었다.태양,별,달,행성들의 움직임과 학자들의 실수,업적 등도 새롭게 학습하는 계기가 되었으며,창의적 사고력은 늘 '왜,어떻게'라는 의문으로 시작하여 신비롭고 경이로운 천체물리학에 다가서는 자세가 무엇보다 중요하다는 것을 깨달았다.