지금까지 쓰인 식 가운데 가장 쓸모 있는 것
뉴턴의 제2법칙은 놀랄 만큼 짧아. F = m × a, 곧 힘 = 질량 × 가속도야. 이 세 글자가 인류가 해 온 공학의 대부분을 떠받쳐. 자동차가 멈추고 다리가 서며 비행기가 날고 로켓이 발사되는 모든 과정이 이 식 위에 있어.
식을 읽는 데서 멈추지 말고 장면으로 느껴 봐. 두 배 세게 밀면 두 배 빠르게 가속하고, 물체가 두 배 무거우면 같은 가속도를 내려면 두 배 세게 밀어야 해. 질량은 가속에 저항하고 힘은 그 저항을 이겨 내. 힘이 클수록 더 많이 이기고 질량이 클수록 저항도 강해져.
설명하는 것에 비해 믿기 어려울 만큼 작은 식
F=ma와 나머지 운동 법칙은 거의 모든 기계적 움직임을 설명해. 제1법칙은 힘이 작용하지 않으면 멈춘 것은 멈춘 채, 움직이는 것은 움직이는 채 남는다고 말하고, 제3법칙은 모든 작용에 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 있다고 말하지. 언덕을 굴러 내려가는 공, 브레이크를 밟은 자동차, 궤도를 도는 행성, 반대 방향으로 가스를 내뿜어 나아가는 로켓, 모든 충돌과 마찰과 발사체가 여기에 들어가.
1700년에 이 식을 처음 마주한 사람을 상상해 봐. 세상은 여전히 마법과 운명, 신의 개입으로 가득했어. 그때 서른 살짜리 한 사람이 세 글자로 모든 움직이는 것이 왜 그렇게 움직이는지 설명할 수 있다고 말한 거야. 현대 교과서로 옮겨지는 동안 이 놀라움은 사라졌지만, 사실은 사라져서는 안 돼.
객체 지향의 눈으로 본 힘
객체 지향 트랙에서 보았듯 모든 객체에는 질량이 있어. 질량은 인스턴스의 속성이고 힘은 인스턴스에 호출되는 메서드이며 가속도는 그 응답이야. F = m × a는 디스패치 규칙이지. 모든 충돌은 인스턴스 사이의 메서드 호출이고, 모든 반작용은 제3법칙이 돌려주는 반환값이야.
단순한 비유가 아니라 물리학이 실제로 구성되는 방식이 그래. 입자와 바위, 행성은 모두 질량과 위치, 속도를 지닌 인스턴스야. 그 사이에서 힘이 메서드 호출처럼 오가고, 그 순환을 통해 다음 순간 우주의 상태가 계산돼.
이 엔진만으로는 알 수 없는 것
F=ma는 힘을 받은 물체가 어떻게 움직이는지는 알려 주지만 어떤 힘이 존재하고 어디에서 오며 왜 질량이 있는지는 말해 주지 않아. 뉴턴은 만유인력을 별도의 법칙으로 더했어. 이 트랙의 네 번째 레슨에서 다룰 거야. 전자기력은 나중에 맥스웰이 설명했고, 강한 핵력과 약한 핵력은 20세기에 등장했어. 네 가지 힘을 하나로 통합하는 일은 아직 끝나지 않았지.
F=ma는 엔진이고 여러 힘은 그 엔진에 들어가는 입력이야. 둘을 모두 알아야 역학이 되고 F=ma만 알면 그림의 절반만 본 셈이지. 학교 물리는 이 차이를 설명하지 않은 채 식만 연습시킬 때가 많아. 이제는 두 부분을 함께 볼 수 있어.