[기억할 오늘] '뉴턴의 진자'를 만든 사람들

12.3 존 월리스

'뉴턴의 진자(요람)'. 하지만 위 사진은 원리의 인위적 왜곡이다. wikimedia.org

'뉴턴의 요람(cradle)'이라고도 불리는 '뉴턴의 진자(Newton's Pendulum)'는 평행봉처럼 생긴 가로대에 두 가닥 끈으로 다섯 개의 쇠구슬을 나란히 매단 형태의 과학 교재다. 구슬 하나를 들어 나머지 구슬에 부딪치게 하면 낙하하는 구슬의 힘, 즉 위치·운동에너지가 반대편 구슬로 전달돼 거의 같은 높이로 솟구치고, 그게 다시 떨어지면서 원래 구슬을 밀어 솟구치게 하는, 거의 무한히 반복될 것처럼 움직이는 도구다. 뉴턴의 역학 제3법칙(작용·반작용의 원리), 즉 모든 작용에는 크기가 같고 방향은 반대인 반작용이 존재한다는 사실을 보여 준다.

물론 '무한 반복'이란 말은 틀렸다. 구슬끼리 부딪치면서 마찰과 소리로 에너지를 잃고, 움직이는 끈도 공기와 마찰한다. 불가능한 가정이지만 만일 구슬이 완벽한 탄성체여서 마찰에너지 손실이 전혀 없고, 실험 공간이 진공이어서 공기저항도 없고..., 등등의 조건이 충족된다면 진자는 무한 반복 운동을 하게 될 것이다.

뉴턴의 진자는 뉴턴(1643~1727)이 처음 만든 게 아니라 1967년 사이먼 프레블(Simon Prebble)이란 영국 배우가 자신이 운영하던 과학교재 회사에서 목재로 만들어 '뉴턴의 요람'이라 명명하면서 대중화했다. 과학적 원리도 뉴턴이 처음 제기한 게 아니어서 수학자이기도 했던 철학자 르네 데카르트(1596~1650)가 처음 언급했고, 뉴턴보다 27년 연상인 영국 수학자 존 월리스(John Wallis, 1616.12.3~1703.11.8)가 뉴턴에게 아이디어를 주었다고 알려져 있다. 크롬웰의 청교도혁명 혼란기를 살았던 월리스는 옥스퍼드대 기하학 교수로 재직하며 암호해독가로서 공화파를 도왔고, 무한대 기호를 처음 사용하고 원주율 무한수 파이의 비밀을 푸는 데도 기여했다.

이언 피어스의 역사 미스터리 '핑거포스트'에는 월리스가 썩 달갑잖은 캐릭터로 등장하지만, 뉴턴이 딛고 섰다던 어깨 중에는 당연히 그의 어깨도 있었다.

최윤필 기자 proose@hankookilbo.com