[중력법칙] 중력법칙

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목차

제 1장 중력법칙 : 물리 법칙의 한 보기
제 2장 수학과 물리학의 관계
제 3장 대보존 원리
제 4장 물리법칙의 대칭성
제 5장 과거와 미래의 구분
제 6장 확률과불확정성: 자연에 대한 양자 역학적 관점
제 7장 새로운 법칙을 찾아서

본문내용

제 1장 重力法則 : 物理 法則의 한 보기

중력 법칙은 최초로 발견된 위대한 법칙이며, 또 재미있는 역사를 가지고 있다. 이 법칙은 ‘人間의 靈魂에 의해 이룩된 가장 위대한 普遍化’로 불렸다. 여기서 관심을 갖는 것은 인간의 영혼이 아니라 이러한 중력 법칙과 같이 우아하리 만큼 단순한 법칙을 따르는 자연의 기적이다. 따라서 우리가 촛점을 맞출 것은 인간이 그 법칙을 얼마나 영리하게 찾아냈는가가 아니라, 자연이 얼마나 영리하게 그 법칙을 따르는가이다.
중력 이론은, 두 물체 사이에는 떨어진 거리의 제곱에 반비례하고 각각의 질량의 곱에 비례하는 크기의 힘이 작용한다는 것이다. 수학적으로는,

으로 쓸 수 있다. 이 수식으로부터 어떤 물체에 힘이 작용하면 물체가 가속된다거나,또는 시간당 속도가 질량에 반비례하여 변한다거나, 또는 질량이 낮을수록 그 속도의 변화가 크다는 등의 주석을 달면 중력이론에 대해서는 다 이야기한 셈이다. 그 밖의 것들은 모두 위에서 말한것들의 수학적 결과일 뿐이다. 이 장에선 발견에 관한 이야기라든가 일부 결과,이 발견이 과학사에 미친 영향, 그러한 법칙이 가져 오는 신비로움, 아인슈타인에 의해 첨가된 사항, 그리고 가능하다면 다른 물리 법칙들과의 관계 등에 대해서도 간단히 이야기할 것이다.
브라헤는 밤마다 행성들의 위치를 기록했다. 그것이 케플러에게 전해졌고, 그 자료를 토대로 행성의 운동을 분석하던 케플러는 어느 단계에서 그는 자신이 답을 얻었다고 생각했는데, 그것은 행성들이 태양 주변을 원운동하되 그 중심은 태양으로부터 벗어나 있다는 것이었다. 그가 내린결론은 다음과 같다.
첫째, 행성들은 태양을 하나의 초점으로 하여 그 주위를 타원형으로 돌고 있음을 발견했다. 둘째로, 궤도상의 어느 곳에 있는 구간이든 각각의 구간에서 두 선과 궤도가 이루는 면적의 크기는 동일하다. 세째, 행성이 태양 주위를 한 바뀌 도는데 걸리는 시간은 궤도의 크기에 관계가 있다. 그것은 궤도 크기의 3/2승에 비례하면, 이때 궤도 크기라 함은 타원의 장축 길이를 말한다. 한편 갈릴레오는 관성 원리라고 불리는 위대한 법칙을 발견했다. 그것은 직선을 따라 어떤 속도로 움직이는 물체는 만약 그 물체에 아무런 힘이 작용하지 않는다면 영원히 그 직선을 따라 같은 속도로 움직인다는 법칙이다. 다음 단계는 뉴턴에 의해 이루어졌는데, 그는 “물체가 직선을 따라 가지 않을 때는 어떻게 되는가?”라는 질문에 대해 논했다. 그의 답은 속도를 바꾸기 위해서는 어떻든 힘이 필요하다는 것이었다. 이로부터 뉴턴은 간단한 보기로서 만약 행성이 태양 주위를 원운동한다면, 접선 방향의 운동에는 힘이 전혀 필요하지 않음을 알아냈다. 이는 만약 행성에 작용하는 힘이 전혀 없다면 행성은 계속하여 직선 운동을 할 것이라는 뜻도 된다. 그러나 실제로 행성은 직선 운동을 하지 않는다. 힘이 없다면 행성은 직선을 따라 계속
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