우주는 만물이 거하는 집이다. 사람의 두뇌로 상상할 수 없는 스케일이다. 이 같은 우주가 의도적으로 지어진 것일까? 아니면 저절로 생긴 것일까? 우리가 아는 한 이 우주는 엄격히 조율되어 있고 제어되고 있다. 이 같은 사실은 오늘날 과학적인 발견과 실제 경험을 통해서 직접 확인할 수 있다.

우주 만물은 움직인다!
우주에 존재하는 모든 것은 움직인다. 우리 눈에 아무리 견고하게 고정된 것으로 보이는 그 어떤 것도 실제로 측정해 보면 움직임을 알 수 있다. 움직임의 정도는 차이가 있지만 어떤 것도 예외가 없다. 우주 만물은 각기 다르게 부여된 고유한 운동을 하는 듯하다. 그러니까 이 우주는 소위 운동 에너지라고 부르는 에너지로 가득 차 있다. 왜 모든 것들이 움직이고 있을까?

예를 들면, 지구는 매일 스스로 360도를 돌면서 태양을 공전한다. 지구의 위성인 달은 우리에게 늘 한쪽 면을 보여주며 매월 한 바퀴씩 지구를 돈다. 동시에 달은 지구와 함께 태양의 궤도를 달린다. 지구와 달이 함께 태양의 궤도를 달리는 원주 속도가 초당 30km이다. 그러니까 지구는 총알처럼 빠르게 달려서 365일 만에 제자리로 돌아오는 정해진 운동을 한다.

또한 태양계를 구성하는 8개의 행성과 각 행성의 위성들은 모두 독특한 속도와 정해진 방향으로 움직이고 있다.  이들은 이 우주 공간을 질주하는 운동을 잠시도 멈출 수 없다.  뒤에서 자세히 다루겠지만 오늘날 과학자들은 태양계가 속해 있는 밀키웨이 은하 또한 우주 공간을 선회하며, 각 은하 내에 존재하는 수 없이 많은 별도 탄알보다도 더 빠른 속도로 달리고 있는 것으로 보고 있다. 모두 잠시도 쉼이 없는 움직임이다.

한편 물질의 내부 세계는 어떤가? 물질의 내부도 크게 다르지 않다. 첨단 고에너지 입자 물리의 실험으로부터 밝혀지고 있는 서로 다른 많은 종류의 미립자들과 그들의 기묘한 특성은 미시계 또한 다이내믹 세계임을 보여준다. 잘 알려진 표준입자 모형에서 전자들은 중심에 있는 핵을 선회하고 전자와 전자는 빛의 속도로 이동하며 에너지를 전달한다. 여기서 빛 또한 공간을 이동하는 전자기파 에너지이다. 이렇게 물질의 내부도 운동에너지로 가득 차 있다. 한 마디로 물질 내부도 역시 다이내믹 월드이다! 

왜 모든 것이 움직일까?
운동에 관한 연구는 갈릴레오(1564-1642)로부터 시작되었다고 할 수 있다. 그는 속도와 가속도(속도 변화율)에 대한 개념을 수학적으로 잘 설명하였고 낙하하는 물체들을 실험하여 그 사실들을 확인하였다. 또한 그는 태양계 행성들의 궤도 운동을 정확하게 이해하였다. 당시 천동설과 고정된 지구를 믿고 가르쳤던 교회의 권위로부터 그가 큰 저항에 직면하였었다는 기록을 볼 수 있는데, 종종 이 이야기는 교회가 과학에 대하여 적대하고 박해했다고 알려졌다. 이는 오해였고 실제로 그가 도전했던 것은 당시 과학에 대한 잘못된 입장이었지 교회가 아니었다. 그의 노력은 당대의 선입견을 깨고 역동적인 세계를 자유롭게 탐구하는 것이었다.

동역학, 즉 다이내믹(dynamics)에 가장 큰 공헌자라면 누구보다도 뉴턴(1642-1727)이다. 그가 45세에 출간한 “원리(Principia)”에는 3가지의 운동에 관한 법칙을 자세히 소개하고 있다.

첫째는 관성의 법칙이다. 이는 우주에 존재하는 만물이 모두 변화를 거부한다는 법칙이다. 즉 정지 상태에 있는 것은 정지 상태 그대로 있으려 하고, 움직이고 있는 것은 그 움직임 상태를 계속 유지 하려는 특성이 있다. 그래서 정지해 있던 버스가 급히 출발하면 승객들은 뒤로 넘어지고 또 달리던 차가 급히 정지하게 되면 승객들은 앞으로 쓰러지게 된다. 그 때문에 달리는 자동차를 급히 정지하려고 해도 멈출 수 없어서 결국 충돌 사고가 발생하게 되는 것이다. 이는 모두가 변화에 저항하기 때문이다. 이게 소위 관성의 법칙이다.

둘째는 가속도의 법칙이다. 어떤 물체에 힘(F)을 가하면 속도의 변화가 생긴다. 너무 당연하다. 그런데 속도의 변화(가속도)를 겪게 될 때 그 물체에 가해진 힘은 그 물체의 질량(m)과 가속도(a)를 곱한 것과 같다. (F= ma) 우리는 이 법칙에 따라서 모든 물체에 대하여 운동방정식을 세울 수 있다. 그리고 이 방정식들을 풀고 그 결과로 물체의 움직임까지 정확히 추적할 수 있다.

셋째는 작용과 반작용의 법칙이다. 두 물체가 상호 작용할 때, 두 물체는 서로 다른 방향으로 같은 크기의 힘을 겪게 된다. 즉 하나의 물체에 힘을 가하면 또 다른 물체에는 반대 방향으로 같은 크기의 반력이 생긴다. 예로 야구 경기에서 배트와 볼이 맞는 순간에 배트와 볼이 서로 같은 충격을 겪게 된다. 우주로 발사되는 로켓이 추진되는 것도 이 법칙 때문이다. 그러므로 우주의 모든 동작(움직임)에는 반드시 동등하고 반대되는 반응이 있는 것이다.

만물이 법칙대로 움직인다! Everything Moves According to the Laws!
어쩌면 이 세 가지 운동의 법칙들은 너무 쉽고 너무도 당연한 이야기이다. 이 원리들은 오늘날 각종 인공위성과 비행기 및 자동차를 비롯하여 모든 기계를 설계하는데 필수로 사용되는 역학 법칙이다. 이 법칙들은 우리의 일상의 활동뿐만 아니라 거시적인 우주의 행성들과 위성에 이르기까지 정확하게 적용된다.

필자는 역학 중에서 다물체 동역학을 전공하고 30여 년 동안, 뉴턴의 법칙을 적용하여 여러 연구 프로젝트를 수행해 왔다. 비행기나 인공위성, 우주 차량(Space vehicles)이나 지상 차량(Ground vehicles) 뿐만 아니라 움직이는 기계를 설계할 때, 이 운동의 법칙들을 사용하여 방정식들을 세운다. 그리고 그 방정식들을 고속 컴퓨터로 풀어내고 그 결과로 직접 제품의 동적인 거동(움직임)을 살펴보게 된다. 그리고 그 결과를 분석하고 평가하며 설계를 개선해 간다. 오늘날, 이 법칙의 적용 없이는 최상의 설계를 생각할 수 없다.

앞에서 운동의 법칙과 그 적용을 소개한 것은 여기서 복잡한 역학을 다루려는 게 아니다. 다만 분명한 점은 물질계의 움직임은 운동의 법칙으로 명확히 표현할 수 있고, 또 설명할 수 있음을 보이고자 한 것이었다. 이 운동의 법칙을 적용하는데 어떤 가설이나 추가 이론이 필요 없다. 그래서 이 운동의 법칙을 원인과 그 결과로 설명되는 인과법칙이라고 하는 것이다. 그러므로 만물의 움직임(운동)에 관한 한 이 우주에는 우연이 있을 수 없다. 원인이 없는 움직임을 상상할 수 없기 때문이다. 돌고 있는 팽이를 보면서 누가 스스로 우연히 돌고 있다고 말하겠는가?  따라서 논리적으로 이 역동적인 세계는 필연의 결과라고 인정할 수밖에 없다.

운동의 법칙은 인과의 법칙! Law of Motion is the Law of Causality!
뉴턴은 특별히 다이나믹한 피조계에 대하여 깊은 통찰력을 소유한 것 같다.  그는 우주를 복잡한 기어들이 서로 맞물려진 하나의 거대한 시계와 같은 기계(메커니즘)로 생각하였다. 따라서 그는 우주를 이해하는데 우연을 생각할 수 없었을 것이다. 모든 것이 그에게는 필연의 결과였다. 그는 우주의 신비한 현상들은 상호 작용하는 물체와 힘으로 설명될 수 있다고 확신하였다.

여러 저서에서 그는 성경의 창조에 대한 기록에 심취하였음을 알 수 있다. 특히 잘 알려진 “원리(Principia)”의 두 번째 개정판에서 태양계에 대한 그의 고백이 이를 잘 대변해 준다.

“태양계의 태양, 행성들, 그리고 혜성들의 아름다운 시스템은 오로지 지혜자이며 전능자의 배려와 통치로 부터 나온 것이다.” 

이처럼 뉴턴은 초지혜의 창조를 확신하는 사람이었고 다른 여러 선구자처럼 진정한 과학은 창조주를 겸손히 인정하는 것으로 시작된다는 점을 분명히 보여준 과학자였다.

총체적 과학
그런 면에서 오늘날 과학 교육은 총체적이라고 보기 어렵다. 물질의 현상을 보고 과학 법칙들을 가르치며 배우지만 왜 그런 법칙들이 존재하는지, 그 이유와 의미에 대하여 침묵하기 때문이다. 한 마디로 과학은 피조물 속에 숨겨져 있는 진리 또는 사실을 찾는 것이다. 그런데 오늘의 과학은 자연주의에 제한하며 전적으로 초월적인 것을 배제한다.

그러므로 과학의 정의가 변한 것이다. 오직 자연주의 세계관에 부합하는 것만 과학으로 수용하도록 바뀐 것이다. 이 잃어버린 반쪽 때문에 과거에 비해서 오늘의 과학이 더 약해지는 것 아닐까? 만일 과학 시간에 창조주를 인정하고 실험실에서는 물질 속에 감춰진 비밀, 즉 하나님의 지혜들을 찾는 실험이 된다면 얼마나 흥미로울까? 모든 실험이 더 진지하며 의미 있고 더 겸손한 연구가 되지 않을까!

불가피한 결론 An Inevitable Conclusion
앞에서 소개한 바와 같이 우주는 다이내믹 월드이다. 그 때문에 우주는 엄격한 운동 법칙으로 표현된 필연의 결과라고 할 수 있다. 물론 자연주의자들은 빅뱅(대폭발)과 같은 다른 이야기를 할 수 있다. 하지만 모든 폭발은 무질서를 증가시킬 뿐이고 질서도가 높아지는 자연 과정은 존재하지 않는다. 그래서 엄격한 다이내믹 체계와는 거리가 멀다. 그러므로 이 우주의 역동적 체계에는 그 원인 제공자로 창조자를 고려하는 게 매우 이해되고 합리적이다.

더욱이 피조계를 지배하는 모든 과학 법칙은 어쩌면 피조물에 대한 지혜자의 깊은 신뢰의 증거라고 할 수 있다. 그 때문에 물질계를 자세히 살펴보면 이해가 되고 결국은 창조의 지혜와 손길을 느낄 수 있는 것 아닐까?(롬 1:20).

그렇다! 다이내믹은 우리 몸에 혈액 순환, 두뇌 활동, 숨쉬기, 근육 활동 등 모든 관점에서 생명에 필수이다. 이는 우주의 거대한 규모뿐만 아니라 작은 미 시계에 모든 필요를 알고 유지하려는 지혜의 산물이고, 창조 시점에서 설정된 작동의 원리를 보여주는 것이다. 따라서 다이내믹 월드는 우리에게 창조자와 그의 지혜를 직접 포인트하고 있는 것이며, 그의 영광과 돌보심을 드러내고 있는 것이리라. 

* 이동용 박사(항공우주 공학박사, 창조과학선교회 강사, MCC & ECC 물리학 교수), 저서: The Universe of Dynamics-Fearfully & Wonderfully Made in Awesome Harmony!