1-2. 물리학의 목표 — 이해하고, 예측하고, 활용하기
보이지 않는 행성을 "발견"한 사람
1846년, 프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에(Urbain Le Verrier)는 한 번도 망원경을 들여다보지 않고 새로운 행성을 발견했다.
어떻게 그런 일이 가능했을까?
이야기는 천왕성(Uranus)에서 시작된다. 1781년에 발견된 천왕성은 뉴턴의 중력 법칙에 따라 궤도를 계산할 수 있었다. 그런데 문제가 있었다. 천왕성의 실제 위치가 예측과 조금씩 어긋나는 것이었다. 수십 년 동안 관측 데이터가 쌓일수록 이 오차는 무시할 수 없는 수준이 되었다.
당시 물리학자들 앞에는 두 가지 선택지가 놓여 있었다:
- 뉴턴의 중력 법칙이 틀렸다고 결론 내리기
- 아직 발견되지 않은 무언가가 천왕성을 잡아당기고 있다고 추론하기
르베리에는 두 번째 길을 택했다. 그는 "만약 천왕성 바깥에 보이지 않는 행성이 하나 더 있다면, 그 행성의 질량과 위치가 어떠해야 천왕성의 궤도 오차를 설명할 수 있을까?"를 계산했다. 순전히 뉴턴의 법칙과 수학만으로.
그리고 그 계산 결과를 베를린 천문대의 요한 갈레(Johann Galle)에게 보냈다. "이 좌표를 망원경으로 보시오."
갈레가 그 방향으로 망원경을 돌린 그날 밤 — 1846년 9월 23일 — 정확히 그 자리에 행성이 있었다. 이것이 바로 해왕성(Neptune)의 발견이다.
한 번도 보지 못한 것을, 법칙만으로 예측한 것이다.
이 이야기는 물리학이 단순히 "왜?"에 답하는 것을 넘어서, 얼마나 강력한 능력을 갖고 있는지를 보여준다.
