1m의 탄생 - 수험생 물리

네이버의 물리 관련 카페에 가끔씩 들어가보는데, 누군가 아인슈타인의 특수상대성이론을 못 믿겠다 맞다는 증거가 있는냐는 식의 글을 올렸고 거기에 여러 사람들이 이러쿵 저러쿵 글을 올려서 증거라고 하니까 그걸 못 믿겠다.. 더 강력한 증거가 필요하다는 식으로 답을 올렸더군요. 그쯤 되면 답을 올리던 사람들의 감정도 격해지지요. 그럴때 저는 그렇게 흥분할 일이 아니라고 글을 썼던 것 같습니다. 아직도 영구기관이 가능하다고 믿는 사람이 있다고… 실제로 S대 물리학과 교수님들께 내가 영구기관을 발명했으니 검증을 해달라고 편지를 보내는 사람이 있습니다. 에너지 보존법칙과 영구기관이 불가능하다고 그렇게 가르쳐도 못 믿겠다고 그러는 사람이 있는데, 아인슈타인 특수상대성이론을 못 믿겠다고 하는 정도야 충분히 참을 만합니다. (여러분 중에도 그런 분들이 있을지 모르겠는데, 믿고 안 믿고는 여러분 문제입니다만, 그걸 공간이 이상하게 변하고, 시간이 이상하게 변하는 것을 믿는 사람을 무시하지는 말아주세요. 나름대로 근거가 있어서 그렇게 믿는 것이니…)

그런데 얼마전에 인터넷 글중에 지구가 둥글다는 것을 안 믿는 사람이 있다네요. 중학교 과학 시간에 지구가 둥글다는 증거(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3344562&cid=58198&categoryId=58201) 를 여러가지로 나열하지만, 지구를 찍은 사진만 보면 둥글잖아요… 그런데, 그걸 안 믿는 사람은 그 사진은 나사가 조작한 거라고 한데요. (그렇게 믿는 것은 그 사람 문제인데, 지구가 둥글다는 다른 증거들에 대해서는 뭐라고 할지가 좀 궁금하긴 합니다.)

중학교 과학시간에 지구가 둥글다는 것을 배운다는 사실을 떠 올리면서 정말 웃긴 실화가 생각났습니다. 사범대학에서는 4학년이 되면 교생실습을 가는데, 교생선생님이 직접 학생들에게 가르치는 시간이 있습니다. 그러면 다른 교생선생님들은 뒷자리에서 얼마나 잘 가르치는지 참관을 하고 있습니다. 가르치는 교생선생님과 참관하는 선생님들은 사실 같은과 동기,선후배사이입니다. 전공이 물리 전공이더라도 중학교에 가면 중학교 과학을 가르치는데 마침 지구가 둥글다를 가르쳐야 하는 때였던 것 같습니다.

어느 한 선배가 가르치는 시간인데, 지구가 둥근 증거를 열심히 이야기하고는, 마지막에 학생들에게 ‘갈릴레오 갈릴레이란 사람이 예전에 종교재판을 받고 나오면서 “그래도 지구는 둥글다” 라고 했다’라면서 끝을 내었다고 합니다. 그랬더니, 참관하는 선생님들이 한참을 웃었다고 합니다. 뭔가 이상한 분위기임을 눈치챈 그 선배는 참관하고 있던 동기들에게 ‘갈릴레이 갈릴레오 였나?’라고 다시 물어 봤다고 하더라구요.

( 저도 처음 이 이야기를 들었을때는 재미없는 이야기인줄 알았습니다…. )

다시 1m의 탄생 이야기로 돌아가겠습니다. 지금부터는 그래도 지구는 둥글다고 믿는 분들만 읽으시면 되겠습니다.

지구가 둥글다는 사실은 꽤 오래전 부터 안 사람이 있었다고 하더군요. 뿐만 아니라, 지구의 둘레도 추정할 수 있었습니다. (https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3344563&cid=58198&categoryId=58201 : 이 설명 글을 보면 단위를 km 로 표시하고 있지만, 아직 1m 가 탄생하기 전이니 그 분이 그런 단위를 쓴 것은 아닙니다. )

동양에서도 일식, 월식 예측하고 혼천의도 만들었는데, 그 쯤되면 지구가 둥글다는 것을 아는 사람이 제법 있었을 텐데, 동양에서 제일 먼저 지구가 둥글다고 주장하고, 그 둘레를 예측한 사람은 누구인지 아시는 분 있으면 좀 알려 주세요….

지구가 둥글다면 북극성이 있는 높이는 북쪽으로 가면서 점점 높아지고, 남쪽으로 가면서 점점 낮아질 것입니다. 북쪽으로 (지구 중심기준) 1도 만큼 움직이면 북극성의 높이도 1도 만큼 높아질 것입니다. 그러니까, 남쪽이든 북쪽이든 움직인 거리에 따라 별들이 이루는 각도가 얼마만큼 변하는지 알면, 지구의 둘레를 알 수 있습니다. (위의 링크 참조)

1m는 지구를 남북방향으로 한바퀴 돌때의 길이(자오선) 를 4000km 라고 하자 ( https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AF%B8%ED%84%B0 ) 라고 하면서 탄생했습니다. (물론 지금은 1m 의 기준이 바뀌었습니다. )

이 사실을 알면 우리가 북쪽으로 1도 올라가면, 지구 둘레의 1/360 만큼 움직이는 것이니, 대략 4000/360 km ~ 110km 가 됩니다.
지구의 반지름 r 은 2*pi*r = 40000km 이니 r 은 약 4000/(2*3.14…) ~ 6xxx km 가 됩니다.

누군가 지구 반지름이 얼마쯤 되는지 물어본다면, 위도가 1도가 높아지면 얼마나 떨어져있는지 묻는다면, 서울에서 대전으로 내려오면 북극성 높이는 몇도나 바뀌는지 묻는다면….. 1m 의 탄생 배경만 알고 있어도 충분히 알 수 있습니다.

이렇게 시작한 1m 의 정의가 지금은 완전히 바뀌어 있습니다. ‘빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 진행한 거리’ 라고 되어 있습니다. 이런 변화를 겪게 된 이유가 아인슈타인의 특수상대성이론과 관계가 많습니다.

다음에 언젠가 제가 특수상대성이론을 설명할 때, 이글을 인용하려고 남겨둡니다.