만유인력은 어떻게 빛보다 빨리 모든 물체에 즉시 작용할까?

만유인력이 우주의 모든 물체에 실시간으로 작용하려면 발사된 만유인력이 무한대의 거리까지, 무한대의 속도로, 무한대의 시간동안, 무한개의 물체에게 도착해야 하는데, 그 능력은 도대체 어디서 나오는 것일까? 만유인력의 작용 속도가 빛의 속도보다 무한배로 빨라야 우주의 모든 물체에 지체 없이 작용할 수 있다. 단 1개의 무한 조건도 만족시킬 수 없는데, 어떻게 만유인력은 여러 개의 무한 조건을 만족시킬까? 아인슈타인이 만유인력의 모순들을 보완하기 위해서 중력장을 주장했다. 그런데 만유인력은 모든 물체에 공격적으로 작용하지만 휘어진 공간은 정해진 공간을 이탈하는 물체에만 방어적으로 아무런 영향을 줄 수 없다. 그런데 정지한 물체에도 여전히 중력이 작용하는 이유는 무엇일까?

만유인력은 인간이 자연계의 상황을 가장 합리적으로 이해하기 위해 탄생시킨 지적 산물의 힘이다. 만유인력이 탄생할 당시 지구에 대한 인간의 사고가 평평한 지구에서 둥근 지구로 바뀌면서, 우리가 둥근 경사면에서도 전혀 문제없이 살아갈 수 있는 이유를 세상 사람들에게 납득시킬 방편이 필요했다. 그래서 뉴턴은 지구중심을 향해 어떤 힘이 작동하고 있고, 모든 행성과 행성들 사이에도 일정한 규칙대로 이러한 힘이 작동하고 있다고 주장했다. 그리고 그것이 그 당시에는 자연의 법칙을 과학적으로 밝힌 아주 훌륭한 설명이 되었다. 또 실제로 그것은 마치 어떤 절대적인 존재가 마법의 힘을 부여해준 것처럼, 어떤 상황에서도 계산대로 딱딱 맞아 들어갔기 때문에 뉴턴의 3가지 법칙은 물리학의 기초가 되었다.

그러나 만유인력은 빛의 속도가 무한대일 때 물체와 물체간의 인력작용 법칙이 맞아떨어지지만 빛의 속도가 유한할 때에는 오류가 생겼다. 즉 만유인력은 지구중력이 미치는 범위 내에서는 잘 맞아 떨어지고, 태양계 내에서도 거의 맞아 떨어지지만, 우주로 확대했을 때는 오류가 있다는 것을 알게 되었다. 뉴턴역학에서는 빛의 속도를 무한한 것으로 간주했기 때문에, 그 논리대로라면 아무리 멀리 떨어져 있는 행성들 간에도 만유인력은 실시간으로 지체 없이 작동해야만 한다. 그런데 빛의 속도가 유한하다는 사실이 밝혀지면서 뉴턴의 만유인력에는 모순이 생겼고, 이 문제를 아인슈타인은 광속불변과 관성력, 관성질량 등으로 대변되는 상대성이론으로 해결했다.

그런데 아인슈타인의 상대성원리대로 우주에서 중력대신 관성력이 적용되려면 항상 움직이는 물체라는 선결 조건이 따라붙는다. 우리가 이 선결 조건을 조건으로 보지 말고 상황으로 보면 모든 행성들은 정지해 있는 것이 아니라 회전운동을 하고 있는 것이 된다. 인간이 밝고 있는 지구의 땅도 좁게 보면 멈추어 있지만 크게 보면 회전운동을 하고 있다. 이처럼 관성력의 관점은 만유인력의 관점보다 더 크게 보는 안목이다. 우주에서 무한히 멀리 떨어져 있는 행성들 사이에 작동되는 만유인력은 그 중간 중간에 무수한 행성들이 회전운동을 하고 있고, 이 행성들을 연쇄적으로 연결하는 힘이 바로 관성력인 것이다.

뉴턴 이전의 물체의 운동에 대한 개념은 움직이는 물체는 언젠가는 정지한다였다. 그런데 뉴턴의 운동과 중력은 F=ma로써, 정지한 물체는 운동이 멈춘 것이 아니라 가속도가 제로인 것으로 보았다. 그리고 아인슈타인은 물체의 운동을 휘어진 시공간의 곡률을 따를 움직임으로 보았다.

뉴턴의 만유인력으로써의 중력과 아인슈타인의 관성력으로써의 중력의 가장 큰 차이는 물체를 끌어당기는 절대적인 힘이 존재한다는 만유인력과, 물체를 움직이게 하는 힘은 두 물체 간의 중력의 상호작용에 의한 것이라는 차이이다.

만유인력은 거의 무한대의 거리에서도 지체 없이 작동하는 것이 아니라, 광속도만큼 시간차를 두고 작동한다. 그래서 현대과학은 그것을 재기 위해 빛의 시간단위가 필요했고, 빛의 속도로 1년간 달려간 거리인 광년 개념이 도입된 것이다. 이제 따라 행성과 행성 사이의 거리가 1광년 떨어져 있다면 만유인력은 1년 만에 작동한다. 태양으로부터 가장 가까운 별과의 거리는 약 4광년 정도인데, 지금 태양이 빛을 발사하면 그 별에서는 4년 후에 그 빛을 볼 수 있으며, 만유인력도 마찬가지이다.

이상 만유인력의 탄생 배경과 개념, 특징, 오류 등을 살펴보았다. 만유인력은 빛의 무한성을 전제로 하기 때문에 빛의 유한성 하에서는 거리에 관계없이 그 개념이 맞지 않기 때문에 지금은 잘 사용하지 않는다. 그렇다고 아인슈타인의 상대성원리가 만유인력의 존재 자체를 부정하는 것은 아니다. 존재하지만 규명돼야 할 점이 있다는 것이다.

그러므로 만유인력이라는 힘의 능력은 도대체 어디서 나오는가의 답은 만유인력은 만유에서 나오지만 만유에 지체 없이 작용하는 것은 아니다. 인간의 사고가 고안해 낸 빛의 속도를 반영한다.