이탈리아의 천문학자이자 수학자·물리학자였던 갈릴레오 갈릴레이(1564∼1642). 지동설(태양이 우주의 중심에 있고 나머지 행성들이 그 주위를 공전한다는 것)을 주장한 학자로 잘 알려졌지만 갈릴레오는 하늘을 관찰했을 뿐만이 아니라 우리가 현재 당연하게 여기는 물리학의 법칙들을 발견해 정리한 인물이다.

갈릴레오 이전의 과학자들은 실험보다 직관적인 해석을 통해서 과학 현상을 이해했다. 반면 갈릴레오는 구체적인 실험을 통해 과학 법칙들을 증명해냈다. 이런 갈릴레오의 태도는 합리성과 객관적인 규칙의 발견을 중시하는 근대(중세와 현대 사이) 과학의 시작을 알리는 계기가 되었다. 갈릴레오는 어떤 실험 기구를 만들어 실험하고 연구했을까. 그가 직접 다루었던 실험 기구 30여 점을 재현한 특별전 ‘갈릴레오를 찾아서’가 경기 과천시 국립과천과학관에서 열렸다.

최근 동아어린이기자 임기연(경기 화성시 비봉초 5) 양이 국립과천과학관으로 출동해 어린이들이 직접 다뤄볼 수 있는 재미있는 과학 실험 기구를 만져보며 갈릴레오의 연구를 체험해보았다.​


추를 느리게 움직이려면?

갈릴레오 특별전이 열리는 전시실에 들어서자 가장 먼저 진자 운동 실험 기구가 눈에 들어왔다. 진자는 추를 실에 매달아 일정한 시간 간격으로 왕복 운동할 수 있도록 만든 장치를 말한다. 전시 설명을 맡은 전성윤 연구사가 임 양에게 “이 진자를 느리게 움직이게 하려면 추의 무게, 진폭(추가 움직이는 폭), 추를 매단 실의 길이 중 무엇을 바꾸어야 할까요”라고 질문했다. 고심하던 임 양은 “추의 무게”라고 답했다. 임 양의 답을 들은 전 연구사는 임 양의 말대로 추를 더 무거운 것으로 갈아 끼운 뒤 진자를 움직이게 했지만 추가 움직이는 속도는 변함이 없었다. 고개를 갸우뚱하는 임 양을 향해 전 연구사는 “정답은 추를 매단 실의 길이를 바꾸는 것이다”라고 말했다. 전 연구사가 실의 길이를 길게 하자 상대적으로 실의 길이가 짧은 진자보다 움직이는 속도가 느려졌다. 전 연구사는 “실의 길이가 10㎝일 때 진자가 한 번 왕복운동 하는 시간이 10초라고 가정하면 20초가 걸리게 하려면 실의 길이를 40㎝로, 30초가 걸리게 하려면 90㎝로 늘려야 한다”고 답했다.

“이 같은 진자의 운동 법칙은 낙하운동, 경사면 운동, 포물선 운동에서도 동일하게 나타나요. 따로 분리되어 연구하던 운동의 법칙이 같다는 것을 알고 이들을 하나로 통합시킨 것이 갈릴레오의 중요한 업적 중 하나이지요.”(전 연구사)

나무공이 날아가는 포물선 실험 장치를 작동하는 전성윤 연구사와 임기연 동아어린이기자​

달의 진짜 모습을 보다


망원경의 원리를 체험해보는 임 양

갈릴레오의 또 다른 대표적인 업적은 망원경을 만들어서 달, 목성 위성을 비롯한 천체들을 관측하고 기록한 것.

갈릴레오는 자신이 만든 망원경으로 달을 관측한 뒤 달 표면을 울퉁불퉁하게 표현해 그림을 그렸다. 이전에 과학자들이 달을 온전한 구의 모습으로 생각해 표면을 매끄럽게 표현한 것과는 달랐다. 갈릴레오의 달 관측 이후 비로소 과학자들은 달을 울퉁불퉁하게 표현해 그리기 시작했다.

잘 알려져 있다시피 갈릴레오는 지동설을 주장했다. 전 연구사는 “갈릴레오는 금성을 관찰한 결과를 통해 지동설을 입증할 수 있었다”고 말했다. 임 양이 지동설의 근거를 궁금해하자 전 연구사의 설명이 이어졌다.

“천동설에 따르면 지구에서 금성은 절대 완전한 원의 모습으로 보일 수 없어요. 늘 초승달이나 그믐달 같은 모습을 해야 하지요. 하지만 갈릴레오는 관측을 통해 금성이 완전한 원의 모습으로 보인다는 사실을 발견해냈어요. 이는 분명한 지동설의 근거였습니다.”(전 연구사)

지구가 우주의 중심이 아니라는 지동설은 교황청의 반발을 샀다. 갈릴레오는 결국 종교재판을 통해 공식적으로 자신의 연구 결과인 지동설을 부인해야만 했다. “갈릴레오가 살았던 시기에는 학자의 지위가 그렇게 높지 않았어요. 노년에 젊은 딸을 잃고 관절염으로 인해 몸이 편치 않았던 갈릴레오는 우울증을 앓기도 했답니다.”(전 연구사)

과학에 대한 열정으로 한평생을 살아온 갈릴레오는 지동설을 주장했다는 이유로 성당에서 장례를 치르지 못했다. 갈릴레오의 시신은 사망한 지 95년이 지난 1737년이 되어서야 지금의 산타 크로체 성당으로 이장됐다. 갈릴레오의 과학적 업적을 기리기 위해 그의 손가락뼈 하나는 갈릴레오 박물관으로, 척추 뼈 하나는 이탈리아 파도바대로 옮겨져 보관되고 있다.​

▶어린이동아 이지현 기자 easy27@donga.com

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