지구, 물질

인간은 지구가 얼마나 오래 되었고, 얼마나 무거우며 우주의 어느 곳에 있고, 어떻게 지금의 상태가 되었는가에 대해서 알고 싶어했다. 뉴턴은 정말 이상한 사람이었다. 그는 상상도 할 수 없을 정도로 총명했지만 혼자있기를 좋아했다. 아무것에도 흥미를 느끼지 못했고 편집증에 가까울 정도로 과민했으며, 매우 산만했고 놀라울 정도로 이상한 행동을 하기도 했다.  놀라울 정도로 총명했던 그에게  과학은 흥미를 가지고 있던 다양한 문제들 중에서 극히 일부에 지나지 않았다. 그는 적어도 반평생 이상을 연금술과 이상한 종교적인 관심을 해결하기 위해서 노력했다. 그는 2년 동안 칩거하면서 '프린키피아'로 더 잘 알려진 그의 걸작 자연철학의 수학적 원리를 완성했다. 프린키피아에는 물체는 미는 방향으로 움직이게 되고,  다른 힘에 의해서 속도가 느려지거나 방향이 바뀌기 전까지는 직선을 따라 일정한 속도로 움직이며 모든 작용에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 있다는 뉴턴 세가지 법칙과 중력의 보편적인 법칙이 담겨있다. 우주의 모든 물체는 다른 것들에 의해서 끌리게 된다는 뜻이다.  그렇게 보이지는 않겠지만, 지금 이곳에 앉아있는 당신도 아주 약한 중력장을 통해서 벽, 천장, 램프, 애완용 고양이를 비롯해서 주위에 있는 모든 것을 당신 쪽으로 끌어당기고 있다. 물론 주위의 모든 것들도 당신을 끌어당긴다.  두 물체가 서로 당기는 정도가 각각의 질량에 비례하고, 둘 사이의 거리 제곱에 반비례한다는 사실을 처음 알아낸 것이 바로 뉴턴이었다. 이것은 인간이 밝혀낸 최초의 보편적인 자연법칙이고,  뉴턴이 보편적으로 높은 평가를 받는 것도 그 때문이다. 중력 때문에 행성이 궤도를 따라 회전하고, 낙하하는 물체가 충돌하게 되기 때문에 중력이 상당히 큰 힘이라  생각하기 쉽지만사실은 그렇지 않다. 태양과 같은 육중한 물체가 지구와 같은 다른 육중한 물체를 붙들고 있을 때만 강하게 보일 뿐이다. 그러나 작은 규모에서의 중력은 놀라울 정도로 약하다.

 

우리는 책상에서 책을 들어올리거나 바닥에서 동전을 집을 때마다 지구 전체가 미치는 중력을 이겨내고 있는 셈이다.  19세기 말에 이르러 과학자들은 지구 모양과 크기는 물론이고,  태양과 다른 행성으로부터의 거리에 대해서 정확히 알게 되었다.  인간은 자신이 살고 있는 행성의 나이를 알아내기도 전에 원자를 쪼개고 텔레비전과 나일론과 즉석 커피를 먼저 만들었다.  유복한 가정에서 태어난 허턴은 물질적인 풍요를 누릴 수 있었고 평생동안 상당한 비용을 쓰면서 가벼운 일과 학문을 즐길 수 있었다. 그는 산위에 있는 해양화석이 홍수 때문에 만들어진 것이라는 아니라 산이 융기 되면서 그렇게 된 것이라는 결론을 얻었다. 또한 그는 그 새로운 암석과 대륙이 만들어지고, 산맥이 융기되는 것은 지구 내부 열 때문이라는 사실도 유추해냈다.  허턴이 제기한 이론에 따르면, 지구에서 일어나는 변화는 누구도 상상하지 못할 정도로 엄청나게 느린 속도로 진행된다. 그의 이론은 지구에 대한 우리의 인식을 완전히 바꾸어 놓았다.

 

라이엘은 1831년에서 1833년까지 지질학교수였다. 그는 자질학의 원리를 발간했다. 그 책의 내용은 한 세대 전에 허턴이 주장햇던 내용을 더 구체화 하고 다듬은 것이었다.  허턴과 라이엘 시대 사이에 새로운 지질학적 논쟁이 불거졌다. 격변설과 동일과정설사이의 논쟁은 이름과 달리 오랫동안 심각하게 진행되었다. 격변론을 주장하는 사람들은 지구의 모양이 재앙에 가까운 갑작스러운 사건들에 의해서 만들어졌다고 믿는다. 반면에 동일과정설에서는 지구상에서의 변화가 점진적인 것이고 거의 모든 과정은 오랜 시간에 걸쳐서 느리게 일어난 것이라고 믿는다. 라이엘은 지질학의 원리에서 공룡시대 이후의 시기를 구분하기 위해서 세世와 계界라는 시간단위를 도입 했다.  홍적세(가장 최근), 플라이오세(최근), 미오세(비교적 최근), 그리고 올리고세(조금 최근)가 그것이다. 오늘날 아주 일반적으로 보면 지질시대는 우선 크게 선캄브리아대, 고생대, 중생대 그리고 신생대를 비롯한 네 개의 대代era로 나눈다.  대代는 다시 20여개로 나누어져서 흔히 紀period라고 부르지만, 계界system라고 부르기도 한다. 이들 중에 백안기, 쥐라기, 트라이아스기, 실루리아기 등은 비교적 잘 알려져 있다.

 

화석학자였던 조르주 퀴비에는 젖꼭지 이빨이라는 뜻을 가진 마스토돈을 발견했다.  그는 정식 멸종이론을 발표했다. 지구는 가끔씩 전 지구적 재앙을 겪었고 그 과정에서 일부 생물종들이 완전히 사라져버렸다는 것이었다. 오늘날 대략 120개 정도의 원소가 알려져있다.  그 중에서 92개는 자연에 존재하는 것이고, 나머지는 실험실에서 만들어진 것이다. 합성된 중금속 원소들은 100만분의 1초정도 동안만 존재하고,  실제로 그것을 검출했는가에 대해서 이의를 제기하기도 하기 때문에 정확한 숫자는 논란의 가능성이 있다. 멘델레예프시대에는 63개의 원소만이 알려져 있었다. 그는 당시에 알려진 원소만으로는 완전한 주기율 표를 만들수 없는 것으로 보아서 아직 뱔견되지 않는 원소가 있을 것이라고 짐작할 정도로 현명했다.  아직 까지도 원소의 원자번호가 어디까지 커질 수 있는가를 정확하게 알지는 못한다.

 

갓 결혼한 남편 피에르와 함께 일하던 퀴리는 어떤 종류의 암석은 상당한 양의 에너지를 일정하게 방출하면서도 겉으로 보기에는 크기는 물론이고, 다른 어떤 성질도 달라지지 않는다는 사실을 발견했다. 부부는 그 암석들이 아주 효율적인 방법으로 질량을 에너지로 변환시키고 있었다는 사실을 알아낼 수가 없었다. 물론 그런 사실은 10여년이 지난 후에 아인슈타인이 설명을 하게 될 때까지는 아무도 이해할 수 없었다. 마리 퀴리는 그런 현상을 '방사능'이라고 불렀다.  퀴리부부는 그 연구를 하던 중에 두 종류의 원소를 발견 했다. 하나는 그녀의 조국 이름을 따서 폴로늄이라 불렀고, 다른 하나는 라듐이라고 불렀다. 실용주의자였던 러더퍼드는 그런 현상을 유용하게 활용할 수 있을 것임을 알아낸 최초의 과학자였다.  그는 방사성 물질의 시료가 붕괴 되어서 절반으로 줄어드는 데에 일정한 시간이 걸린다는 사실을 발견했다. 그것이 바로 잘 알려진 반감기였고, 신뢰할 수 있을 정도로 일정한 속도로 일어나는 붕괴현상을 일종의 시계로 이용할 수 있다는 사실을 깨달았다.