뉴욕주립大 로버트 크리스 敎授팀은 物理學者 200名에게 設問紙를 보내 가장 아름다운 物理 實驗 10個를 選定해 雜誌 ‘피직스 월드’ 最近號에 發表했다. 選定된 實驗은 모두 科學者 혼자서 아주 單純한 實驗裝置를 만들어 큰 發見을 한 게 特徵이었다. 10個의 實驗을 年代順으로 紹介한다.

▽에라토스테네스의 地球 둘레 測定(7位)〓紀元前 200年 頃 에라토스테네스는 둥근 地球의 둘레를 測定했다. 알렉산드리아와 여기에서 南쪽으로 900㎞ 떨어진 아스완에 해時計를 두고 夏至날 正午에 해時計의 바늘이 만드는 그림자의 角度 差異(7.2度)를 쟀다. 그리고 ‘7.2度:900㎞〓360度:地球둘레’라는 公式을 통해 地球의 둘레가 約 4萬㎞라는 것을 알아냈다.

▽갈릴레이의 落下 實驗(2位)〓16世紀 末 갈릴레오 갈릴레이는 높은 곳에 올라가 金屬共과 나무공을 떨어뜨리는 落下實驗을 했다. 두 個의 공은 똑같이 떨어졌다. 이를 通해 ‘物體의 落下 速度는 무게에 比例한다’는 아리스토텔레스의 法則은 休紙 조각이 됐다.

▽갈릴레이의 加速度 實驗(8位)〓功을 傾斜面에서 굴리는 實驗을 한 結果 공이 굴러간 距離는 時間의 제곱에 比例했다. 이 實驗을 통해 갈릴레이는 일정한 힘을 加하면 速度도 일정하게 變한다는 加速度 槪念을 確立했다.

▽아이작 뉴턴의 프리즘 實驗(4位)〓琉璃로 만든 프리즘 속으로 빛을 通過시켜 무지개를 만들었다. 이로써 햇빛이 여러 가지 色의 混合體라는 게 밝혀졌다.

▽캐번디시의 地球 質量 測定(6位)〓18世紀 末 英國의 科學者 헨리 캐번디시는 막대기 兩 끝에 작은 金屬공을 달아 마치 天秤저울처럼 實로 매달았다. 작은 金屬共 옆에 큰 金屬공을 놓고 공 사이에 作用하는 人力에 依해 막대기가 비틀리는 程度를 精密 測定했다. 비틀림 程度를 통해 그는 萬有引力 常數를 얻었으며 이것으로 地球의 質量을 正確히 計算했다.

▽靈의 빛 干涉 實驗(5位)〓1803年 英國의 토머스 寧殷 빛이 2個의 작은 틈(슬릿)을 通過하도록 하고 그 뒤에 스크린을 놓았다. 2個의 틈을 通過한 빛은 서로 干涉을 일으켜 스크린에 줄 무늬를 만들었다. 이를 통해 빛이 波動이란 事實이 立證됐다.

▽푸코의 振子(10位)〓1851年 프랑스의 張 베르나르 푸코는 판테온의 돔에서 길이 67m의 실을 내려뜨려 28㎏의 錘를 매달고 흔들었다. 實驗 結果 豫想대로 振動面이 一周해 地球의 自轉이 立證됐다.

▽밀리컨의 기름방울實驗(3位)〓美國의 로버트 밀리컨은 1909年 透明한 桶에 기름을 떨어뜨리고 桶의 위와 아래에 陽電氣와 陰電氣를 各各 걸었다. 電氣場의 세기를 바꿔 가며 實驗을 한 結果 기름방울이 가지고 있는 電荷의 量에 따라 떨어지는 速度도 變했다. 이를 통해 電子 1個의 電荷를 正確히 알아냈다.

▽러더퍼드의 原子核 發見(9位)〓英國의 어니스트 러더퍼드는 1911年 琴朴試料에 알파粒子를 쬐어 散亂된 粒子를 測定했다. 그 結果 一部 알파粒子는 오던 方向과 反對方向으로 産卵됐다. 이를 통해 原子의 中心에 陽電荷를 띤 작은 核이 存在하는 것이 밝혀졌다.

▽靈의 電子 干涉 實驗(1位)〓科學者들은 토마스 靈이 考案한 이中 슬릿에 빛 代身 電子빔을 쏘았다. 두 個의 슬릿을 通過하면서 電子는 亦是 干涉무늬를 만들어냈다. 이를 통해 입자는 同時에 波動性度 갖는 게 立證됐다.

신동호 동아사이언스記者 dongho@donga.com