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[궁금한 S] 천문학의 오해와 진실…천동설과 지동설

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 <궁금한 S> 시간입니다.

계절마다 별자리가 바뀌고 사계절이 존재하는 것은 지구가 태양 주위를 공전하기 때문인데요.

하지만 옛날에는 태양이 지구를 공전한다는 이론이 우세했다고 합니다. 이렇게 천동설과 지동설은 상반된 이론을 주장했는데요. 끊임없이 대립했던 천동설과 지동설에 대해 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 <궁금한 S>의 이효종입니다.

<궁금한 S>와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

과학의 역사를 보면 어떤 논쟁들이 팽팽하게 대립하는 것들이 있었습니다.

빛의 입자설과 파동설, 빅뱅 이론과 정상 상태 우주론 등이 그것들이죠.

그리고 이러한 대립에서 절대 빠질 수 없는 것이 바로, 지구중심설과 태양중심설, 다시 말해 천동설과 지동설입니다!

오늘은 과학사에서 격렬했던 여러 가지 논쟁 중 하나인 천동설과 지동설에 대해 궁금한 S와 함께 알아보려고 합니다.

천동설! 신의 섭리에 따라 만들어진, 우리 우주의 중심은 '지구'이고, 그 지구 주변을 태양과 달, 그리고 많은 행성이 천상의 완벽한 법칙에 따라 돌고 있다! 이러한 주장은 당시까지 천문 데이터를 분석한 서적, '천체에 관하여'를 통해 아주 매끄럽게 설명이 가능했습니다.

게다가 중세 유럽을 완전히 장악하고 있었던 교리인 크리스트교의 교리와도 그 맥락을 같이 했음과 동시에 직관적으로도 하늘만 쳐다보면 바로 알 수 있는 별과 행성의 움직임이 눈앞에서 펼쳐지고 있기 때문에 누구도 천동설의 권위에 도전하는 일을 함부로 할 수 없음은 물론 굳이 하려고도 하지 않았습니다.

하지만 흑사병이라고도 불렸던 제2차 페스트의 범유행과 기나긴 종교 전쟁의 패배를 통해 사람들은 점점 '신이 정말로 존재하는가?'에 대한 회의감에 빠지게 되었고 이러한 사회적 분위기와 시민의 의식성장에 힘입어 서구는 이전에 없었던 엄청난 규모의 문예 부흥 운동, 르네상스를 맞이하게 됩니다.

르네상스는 절대적 진리라고 여겼던 종교의 권위를 조금씩 떨어뜨리기 시작하면서 이러한 사회적 분위기가 당대 과학을 연구하고 있던 자연 철학자들한테도 영향을 미치기 시작했고, 이러한 사고는 천동설의 의심으로 이어지게 됩니다.

천동설을 통해 별들의 움직임을 바라봤을 때 의심해볼 수 있는 몇 가지 문제점이 있었는데요. 이러한 문제를 깔끔하게 해결해줌과 동시에 우주를 좀 더 아름다운 기하학으로 설명하려고 시도했던 과학자가 있었는데요.

지구 중심설이 아닌 태양 중심설, 즉 지구를 포함해, 행성들은 태양을 중심으로 공전한다는 지동설을 주장한 니콜라우스 코페르니쿠스입니다.

하지만 코페르니쿠스의 우주관은 당시 많은 자연 철학자들에게 시시때때로 공격을 받았습니다.

대표적인 공격의 내용은 이렇습니다. 아니 어떻게 큰 지구가 자전과 공전, 즉 움직이고 있다면 엄청나게 빠른 속도로 돌고 있는 지구 위의 우리가 어떻게 멀쩡하게 발붙이고 땅에 서 있을 수 있는 것인가? 빠른 속도로 원운동을 한다면 분명 모두 다 튕겨 나갈 텐데 어떻게 지구에 붙어 있을 수 있을까? 그리고 이렇게 빠르게 자전하는 지구 위의 높은 건물 위에서 아래로 물체를 떨어트리게 되면 지구 자전에 의해 물체가 바닥에 떨어지지 못하고 멀리 달아나는 게 당연할 텐데 어떻게 물체는 바닥에 떨어질 수 있을까? 지구가 자전, 공전하고 있다면 이러한 일은 절대로 일어날 수 없는 게 아닐까?

이 두 가지의 지적은 얼핏 보면 그럴싸하게 들리기 때문에 코페르니쿠스의 우주관을 비판하기에는 안성맞춤이었습니다.

그러나 코페르니쿠스의 우주관을 지지함과 동시에 해결하지 못했던 두 가지의 문제점에 대해 해답을 제시하는 과학자가 17세기 중반에 등장하게 되는데요.

그는 바로 그 유명한 자연 철학자, 갈릴레오 갈릴레이입니다. 갈릴레오 갈릴레이는 이 두 가지 문제점을 어떻게 해결할 수 있었을까요?

제가 지금 마이크를 손 위로 던져볼게요. 위로 올라갔다 바로 아래로 내려오죠.

그렇다면 제가 정지되어있는 공원 말고, 달리는 열차 안에서 이 마이크를 손 위로 던졌다고 생각해볼게요. 마이크는 어떻게 될까요? 물론, 위에서 아래로 내려오는 운동만 하겠죠. 어째서 움직이는 열차 안에서와 정지해있는 공원에서의 운동이 같은 걸까요?

관찰자가 정지하고 있는지, 움직이고 있는지는 그 관찰자가 속해있는 상태, 즉 관찰자의 운동상태에 따라 결정됩니다. 예를 들어 달리는 열차 속에 있는 '나'는 열차 속에 있는 모든 대상과 같은 속도로 움직인다! 다시 말해, 모든 사물은 같은 운동상태를 공유한다고 설명한 것이죠.

마찬가지로 정지된 공원에서의 나는 똑같이 이곳에 있는 다른 대상과 운동상태를 공유하게 되며, 바로 이 때문에 지구가 자전과 공전을 하고 있더라도 우리는 지구 위에서 튕겨 나가지 않고 지구의 운동을 공유하고 있어서 온전히 서 있을 수 있으며 동시에 높은 곳에서 물건을 떨어뜨려도 그 물건이 온전히 땅으로 떨어질 수 있는 것입니다.

갈릴레오 갈릴레이가 주장했던 이러한 설명방법을 갈릴레오의 상대성원리라고 부릅니다. 내가 움직일 때 다른 대상이 나한테 어떻게 보이는가를 설명하는 상대속도를 설명한 개념이죠. 이러한 설명은 코페르니쿠스의 지동설을 지지해주는 강력한 근거로써 천동설을 위협하는 아주 결정적인 계기를 만들어줬습니다.

그러나 천동설을 위협한 훨씬 더 강력한 근거는 따로 있었습니다. 망원경을 이용해 달과 목성을 집중적으로 관찰했던 갈릴레오는 목성 주위를 돌고 있는 4개의 위성을 발견하게 되면서 모든 천체가 지구를 중심으로 돌고 있다는 사실을 정면으로 반박할 수 있게 되었습니다. 얼마든지 다른 천체도 중심이 될 수 있다는 증거를 제시하게 된 것입니다.

이 때문에 갈릴레오는 결국, 종교 재판에 회부 되게 되며 종신 가택연금형을 선고받아 여생을 집에서 쓸쓸하게 보내다가 죽음을 맞이하게 됩니다.

오늘은 중세시대 천문학의 오해와 진실인 천동설과 지동설에 대해 알아봤는데요.

천동설에서 지동설로 넘어가면서 우주의 크기, 인간과 우주에 대한 인식에도 큰 변화가 생기게 되었습니다.

역사가 보여주듯, 현대의 과학은 이처럼 절대 불변의 진리가 아닙니다. 우리가 알고 있는 과학 이론도, 합리적인 증거와 논리적이고 매력적인 설명체계가 과학자들 사이에서 받아들여진다면, 언젠가는 지금의 설명체계가 새롭게 변화할 수 있고, 앞으로도 그런 과정을 과학은 계속 겪을 테니까요.

그럼 <궁금한 S>는 여기서 이만 인사드릴게요.

과학에 대한 궁금증이 있다면 언제든 유튜브에 YTN 사이언스 투데이를 검색해주세요. 이상 <궁금한 S>였습니다.
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