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2023 물리학I 톺아보기

자연의 이치, 뉴턴 운동 제3법칙(작용 반작용 법칙)

by 사이언스토리텔러 2023. 3. 14.
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사람들은 왜 메뚜기들이 수백만 마리씩 떼를 지어 구름처럼 몰려다니는지 궁금하게 여겼다. 그런데 알고 보면 그런 현상은 아주 당연한 것이다. 그것은 단일 경작이라는 인간의 행위가 가져온 반작용이다. 광대한 농경지에 한 가지 작물만 심다 보니 그 작물의 천적이 한 지역을 몰려들게 되고 그럼으로써 기하급수적으로 개체 수가 불어난 것이다.

인간이 그렇게 관여하기 전만 해도 메뚜기는 혼자 있기를 좋아하고 별로 해를 끼치지 않는 곤충일 뿐이었다. 메뚜기들은 저희 나름의 방식으로 인간들에게 반작용 반응을 보였다. 인간이 지구의 검은 피인 석유를 유독 가스로 변화시켜 생명을 질식시키는 구름을 만들어내면 지구는 지구 온난화라는 반작용으로 응답한다. 어쩌면 자연재해는 인간이 지구와 대화를 하지 않으려는 작용에 따른 반작용이지 않을까?


뉴턴 운동 제3법칙은 그러한 자연의 기저, 모든 작용에는 동일한 크기의 반작용이 있음을 설명한다. 


뉴턴 운동 제3법칙이 자연의 이치 그 자체라면, 자연에서 나고 자란 인간 삶의 결도 그와 비슷하지 않을까?

콜럼버스는 동쪽에 있는 세상을 발견하기 위해서 서쪽으로 항해했다. 제너는 사람들에게 천연두 예방주사를 놓으려고 그들에게 천연두균을 주입했다. 제프 베조스는 고객을 제품이 있는 곳으로 불러오는 방식이 아니라 자기 제품을 고객에게 가져다주는 방식을 선택했다. 이처럼 반대 통찰(반대로 생각하기)은 산업에서뿐만 아니라 예술과 과학에도 깊이 뿌리 박혀 있는 오래된 전략으로써 작용과 반작용이 필연적으로 맺어지는 관계이기 때문에 그에 대한 반작용, 반대 과정을 응용한 사고방식이다.

소행성과의 충돌을 막을 수 있는 방법은 무엇일까? 영화에선 5000킬로톤급 핵폭탄 8개를 소행성 100미터 깊이 정도 박아서 우주에서 폭파시킨다. 이는 영화적 허용에 지나지 않는다. 지구상에 있는 핵폭탄을 모두 합쳐도 돌진해 오는 소행성을 폭파시키기에는 역부족인 데다가 깊이 수백 미터 정도에 박아서 소행성이 둘로 쪼개지는 일은 결코 일어나지 않는다. 실제로 소행성이 돌진해 온다면 과학자들은 핵폭탄으로 혜성이나 소행성을 폭파시키려는 시도는 하지 않을 것이다. 폭파시킬 수도 없을뿐더러 폭파된다 하더라도 파편이 어떻게 진행될지 전혀 예측할 수 없어 오히려 긁어 부스럼이 될 수도 있기 때문이다.

가장 그럴듯한 대처 방법은 돌진하는 소행성의 궤도를 수정하는 방법이다. 소행성의 표면에 초강력 로켓 엔진을 장착하는 것인데, 이 방법의 핵심 원리가 바로 뉴턴 운동 제3법칙, 작용 반작용의 법칙이다. 

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