제1권: 물리학의 세계 — Chapter 2: 물리학의 방법

1. 문제를 정의하고 모델을 세우기

1-2. 무엇이 변하고 무엇이 변하지 않는가

"물리학자의 가장 강력한 무기는 '변하지 않는 것'을 찾아내는 능력이다."

변하지 않는 것이 왜 그렇게 대단한가

놀라운 사실 하나를 이야기하겠다.

1846년, 천문학자들은 천왕성의 궤도가 뉴턴 역학의 예측과 조금씩 어긋난다는 사실을 알고 있었다. 무엇이 문제일까? 뉴턴 역학이 틀린 것일까?

프랑스의 수학자 위르뱅 르베리에는 대담한 가설을 세웠다. "천왕성 너머에 아직 발견되지 않은 행성이 하나 더 있고, 그 행성의 중력이 천왕성을 잡아당기고 있는 것이다." 그는 에너지와 운동량이 보존된다는 원리를 이용하여 그 미지의 행성이 어디에 있어야 하는지 계산했다. 그리고 베를린 천문대에 편지를 보냈다: "망원경을 이 방향으로 돌려보시오."

천문대의 요한 갈레가 그 방향을 관측하자, 정확히 그 자리에 행성이 있었다. 해왕성이 발견된 순간이었다.

종이와 펜, 그리고 "변하지 않는 양"에 대한 믿음만으로 — 아무도 본 적 없는 행성의 위치를 맞힌 것이다!

이것이 "변하지 않는 것"이 물리학에서 갖는 힘이다. 세상은 끊임없이 변한다. 사과는 떨어지고, 행성은 돌고, 별은 폭발한다. 그런데 그 모든 변화 속에서 절대 변하지 않는 양이 있다면? 그것은 마치 혼란 속의 나침반과 같다 — 모든 것이 변해도, 그 양만 붙잡으면 답을 찾을 수 있다.