이번엔 고대 그리스 철학에서부터 뉴턴역학까지 이해해봅시다. 우선 가장 근원적인 질문은 뭘까요?

'내가 왜 존재하고 있는가?' 에서 부터 시작해서 원인을 계속해서 거슬러 올라가다보면 '이 우주가 왜 존재하고 있는가?' 란

철학의 시작점이자 종착점에 도달합니다. 결국 그 원인을 알 수 없다거나 신이란 존재를 인간은 생각해내게 되었죠.

소크라테스는 위와 비슷한 방식으로 왜라는 질문을 계속하는 방식으로 상대의 무지를 드러나게 하는 방법을 썼다고 하죠.

또 제논은 자신이 만든 역설로 사물의 변화가 연속인지 불연속인지를 물었습니다. 그럼 변화는 연속일까요? 불연속일까요?

변화가 연속인지 불연속인지는 물리학적으로 매우 중요한 문제죠. 사실 제가 쓰는 글은 변화가 불연속이란 가정하에 쓰여질

것이라 변화가 불연속이라는 것을 받아들이기 힘드신 분들은 시간 낭비를 하지 말고 글을 읽지 않는걸 추천드립니다.

사실 물리학자들은 아리스토텔레스부터 물리학이 시작되었다고 하는데 저는 제논부터가 아닌가 합니다.

아무튼 아리스토텔레스는 틀리긴 했지만 다음과 같은 생각들을했습니다.

'물체의 운동상태를 유지하는데에는 힘이 계속 필요하다, 자유 낙하시 무거운 물체가 더 빨리 떨어진다' 라고 말이죠.

그리고 그의 주장은 갈릴레이에의해서 모두 반박되죠. 사실 아리스토텔레스가 관성의 법칙을 제일 먼저 발견 할수 있었는데

아쉽게 못한 것이긴 합니다.물체를 미는데 힘이 들듯이 물체를 멈추는 것에도 힘이 듭니다. 그런데 물체를 멈추는 힘이 없다면

어떻게 될까라는 의문을 그는 던지지 못했던 것이죠. 그리고 갈릴레오는 아리스토텔레스의 자유낙하를 다음과 같이 반박했습니다.

“먼저 무거운 물체가 먼저 땅에 떨어진다고 가정하자. 그런데 무거운 물체와 가벼운 물체를 서로 연결해서 떨어뜨리는 경우를 생각해보면,

무거운 물체는 더 빨리 떨어지려 하고 가벼운 물체는 그보다 늦게 떨어지려 할 것이다. 그 결과는 무거운 물체 하나만인 경우보다는 더 늦고,

가벼운 물체 하나만인 경우보다는 더 빨리 떨어져야 할 것이다. 그러나 한편으로는 두 물체가 연결되어 있기 때문에

전체 무게는 더욱 무거워져서 더 빨리 떨어져야 한다는 결론도 나온다. 이처럼 하나의 가정에서 상반된 두 결론이 나온다면

그것은 처음의 그 가정이 틀렸다는 것을 의미한다. 그러므로 무거운 물체와 가벼운 물체는 동시에 떨어져야 옳다는 결론을 얻을 수 있다.”

그리고 이제는 뉴턴역학에 대해서 이해해봅시다. 물리학은 수학을 도구로 사용합니다. 수학을 도구로 사용하는 방법에는

수학자들이 만들어놓은 수식들을 가져와 쓰는 경우도 있고 직접 만들어 쓸수도 있겠죠. 뉴턴의 경우는 자신이 만들어서

쓴 대표적인 인물입니다. 그런데 수학은 이해의 도구가 아니니 수학을 못해도 물리학을 이해하는 것에는 지장이 전혀 없습니다.

뉴턴 역학도 '뉴턴의 3법칙'만 이해하면 그 법칙의 가정하에 연역적으로 만류인력을 이해할 수 있기 때문이죠.

수학과 관련해서 좀 더 설명을 하자면 현상적인 공리를 바탕으로 짜여진 수학을 통해서 어떤 (대칭의)원리를 발견하거나

무엇을 예측할 수도 있긴 합니다. 예를 들자면 디락이 반물질을 예측했었죠. 하지만 그것은 어떤 공리가 정해지면 그 공리에 의해

유도되는 것에 불과하지 여전히 왜 그런지를 이해한 것이 아니란 겁니다. 그리고 수학적으로 가능하다고 그와 관련된 주장을 마음껏

해도되는가? 도 한번 생각해봐야 합니다. 끈이론을 예를들자면 수학적으로 기본입자를 1차원 끈이라고 가정했을때 가능한 어떤 현상이

있을 수 있을 겁니다. 그럼 그로인해 가능한 현상이 진짜 이 우주에서 발견될 수 있는까요? 기본입자가 정말 끈이라면 발견될 수 있겠지만

아니라면 발견될 수 없는 것이죠. 결국 수학적으로 가능하단 것도 그게 가능한 공리하에서나 그런 수학적 가능성이 있을 뿐이란 겁니다.

현상과 일치하지 않는 공리로 만들어진 수학식이 있고 그것을 통해서 어떤 현상이 수학적으로는 가능하다라고 해봤자 그건 아무 의미가 없다는

겁니다. 결국 현상적으로 옳은 법칙(공리)를 찾는 것이 중요하단 것이죠. 그리고 다시 말하지만 그 옳은 현상만을 통해서 물리학을 이해하면

된다는 겁니다. 물론 물리의 가장 기본적인 법칙인 뉴턴의 3법칙도 현상과 일치하는 법칙이고 말이죠. 이제 설명을 시작하겠습니다.

일단 뉴턴하면 떠오르는게 사과죠. 떨어지는 사과를 통해서 만류인력을 발견했다는 썰이죠. 물론 썰이 진짜인지 가짜인지는 모르지만

다음과 같은 설명을 통해서 아마도 저는 진짜일거라 믿고 있습니다.

1. 관성의 법칙은 ‘물체의 질량 중심은 외부 힘이 작용하지 않는 경우 일정한 속도로 움직인다.’ 입니다.

-원래 사과나무의 사과는 관성이 있기 때문에 외부의 힘이 작용하지 않는한 계속 사과나무에 달려있어야했는데 떨어졌죠!

2. 2법칙인 가속도의 법칙은 ‘물체의 운동량의 시간에 따른 변화율은 그 물체에 작용하는 알짜 힘과 같다.’ 입니다.

-사과가 떨어질수록 가속도가 붙죠!

3. 제 3법칙인 작용과 반작용의 법칙은 ‘물체 A가 다른 물체 B에 힘을 가하면 물체 B는 물체 A에 크기는 같고 방향은 반대인 힘을 동시에 가한다.’ 죠.

-이를 통해서도 지구가 사과를 잡아당기듯이 사과도 지구를 잡아당긴다고 생각할 수 있죠!

사실 저는 뉴턴을 물리학자중에서 가장 존경하고 좋아하는데 생각해보면 당시에 지구가 둥글다는게 알려졌고 갈릴레이가 지동설을 말했기 때문에

중력을 누군가가 설명할 필요성이 생긴 시대이기도 했습니다. 지구가 둥근데 한쪽을 위라하면 아래쪽에있는 사람은 중력이 없을 경우

지구에서 우주로 날아가버릴지도 모른다고 생각했기에 지구가 둥글다는 것도 당시 사람들은 잘 받아들이지 못했죠.

일단 뉴턴은 만류인력(중력)이 왜 생기는지는 모르지만 중력이 있다고 설명을 했죠. 그런데 제가 여러분들에게 설명하고 싶은 핵심 부분은

관성의 방향은 가속도의 방향과 반대라는 것입니다.-이제 이것만 이해하면 달이 왜 지구 주위를 공전하고 있는지 알 수 있습니다.

자동차가 커브를 돌 때 운전자는 커브의 방향과 반대방향으로 관성을 느끼죠. 만약 원운동을 하듯이 계속 자동차로 커브를 돈다고 하면

가속도의 방향은 관성의 방향과 반대이기 때문에 원의 중심부분이 바로 가속도의 방향이고 이러한 설명으로 달이 지구 주위를

공전하는 이유를 알 수 있게 됩니다. 수학을 전혀 사용하지 않았지만 이러한 설명을 통해서 누구나 뉴턴역학 이해할 수 있습니다.

전공자들은 이미 관련식들을 잘 알테고 비전공자분들은 어차피 물리학 문제를 풀것도 아니기 때문에 왜 그런지를 이해만 하면 됩니다.

그리고 뉴턴역학을 이해하면 상대론을 이해할 수 있고 상대론을 이해하면 양자역학도 수학식 없이 이해가 가능합니다.

사실 뉴턴역학은 기본이라 링크에 추가를 안하려 했는데 그냥 추가하는게 마음이 편할거 같네요. 잘 이해해보시길 바랍니다.

아래의 링크를 순서대로 읽어보시면 상대론과 양자역학을 쉽게 이해할 수 있을 겁니다.

1. 상대론적 길이수축을 쉽게 이해해보기

2. 질량과 상대론적 길이수축의 연관성을 쉽게 이해해보기

3. 뉴턴의 관성의 법칙을 상대론적으로 쉽게 이해해보기

4. 중력이 상대론적으로 힘이 아닌 이유를 쉽게 이해해보기

5. 중력이 양자역학적으로 힘인 이유를 쉽게 이해해보기

6. 양자역학이란 무엇인지 이해해보기

7. 양자역학의 질량의 상대성 이해해보기

8. 질량의 상대성과 중력의 관계 이해해보기

9. 에너지의 대칭성과 비대칭성을 이해해보기

10. 4차원과 확률과의 관계에 대해서 이해해보기

11. 수학적으로 질량의 상대성 이해해보기

12. 중력장이 확률장인 이유에 대해서 이해해보기

13. 슈뢰딩거 고양이와 시간의 상대성의 상관관계 이해해보기

14. 빛이 4차원에너지인 이유에 대해서 이해해보기

15. 빛과 공간의 속도에 대해서 이해해보기

16. 허수(확률)에너지인 공간의 초대칭성에 대해 이해해보기

17. 4차원의 시간대(고립계)에 대해서 이해해보기

18. 빅뱅 이전의 상태에 대해서 이해해보기

19. 빅뱅과 블랙홀의 특이점에 대해서 이해해보기

20. 양자얽힘에 대해서 이해해보기

21. 입자와 물질의 예측불가능성에 대해서 이해해보기

22. 시간 개념의 변천사에 대해서 이해해보기

23. 4D 리플레이 영상으로 이해하는 질량의 상대성

-종료-

-보충 설명-

1. 갈루아의 군론을 통해 우주의 구조 이해해보기

2. 상호작용으로 질량의 상대성과 원근감을 이해해보기

추가로 저는 위의 설명과 관련이 있는 내용이 담긴 <자명론>과 <대칭론>이란 책을 썼습니다.

사실 책 이야기를 하는 이유는 자신 있으면 논문을 쓰라는 사람이 가끔씩 있어서 입니다.

철학자는 철학서를 쓰는 겁니다. 그리고 그 철학서 자체가 논문이고 말이죠.

<자명론>의 경우 너무 오래전에 써서 좀 허접합니다. 지금의 제 생각과 달라진 부분이 많고요.

그러나 무료이니 관심이 생기시면 한번 읽어보세요.

또 추가하자면 질량=에너지=공간 의 등가원리를 위 11번 링크를 통해 수학적으로도 이해할 수 있을 겁니다.

마지막으로 물리전공자분들이나 수학전공자분들에게 협업을 한번 제안해보려고 합니다.

저는 거시까지 확장된 ToE인 양자역학을 설명했지만 수학적으로 여전히 거시는 상대론을 쓰면 되고

미시는 양자역학식을 쓰면 된다고 생각했었는데 게임상의 최적화란 개념을 볼 때 새로운 수학(또는 중력)식이 필요할 수도

있겠다는 생각이 들었습니다. 실용적으로 물리 관련 시물레이션을 돌리거나 게임물리엔진에 사용될 수 있을 테니까 말이죠.

어쩌면 위 게임의 최적화도 수학이 들어간 것일테니 이미 관련된 식이 있을 지도 모르겠고 말이죠.

그래서 혹시 제 설명이 옳다고 생각하시는 물리학전공자나 수학전공자분들은 제 이론을 바탕으로 물리학 공식을 하나

만들어보시는게 어떤가 하는 겁니다. 슈뢰딩거의 방정식처럼 자신의 이름이 붙은 물리공식을 하나 만들어보시란 겁니다.

그럼 저는 제 철학을 알릴 수 있고 그분도 자기 이름을 딴 식이 생기는 것이니 윈윈이 될 겁니다.

또 한가지 제안을 드리자면 물갤에서만 제 글을 설명하기보단 여러가지 방법으로 알릴 수 있다면 좋을것 같아요.

그래서 유튜브를 하나 만들어서 물리학 전공자분과 같이 해보고 싶네요.

저 혼자 하는 것보다 서로 부족한 부분을 보완해주는 관계가 될 수 있을겁니다.

제 설명이 옳다면 분명 나쁘지 않은 도박일겁니다. 물론 욕을 많이 먹게 될 테지만 말이죠.

아마 지금은 없겠지만 그래도 선착순입니다.

관심있으신 분들은 제 닉으로 검색되는 카카오 오픈톡방으로 오시면 됩니다.