1971년 7월 30일, 한 우주선이 달 표면에 착륙했습니다. 이 우주선은 미국항공우주국(NASA) 아폴로 15호로, 달에 착륙한 네 번째 유인 우주선입니다. 마지막 달 탐사가 끝날 무렵, 데이비드 스콧은 텔레비전 카메라 앞에 섰습니다. 양손에 망치와 깃털을 들고 있다가 동시에 떨어뜨리죠. 갈릴레오 갈릴레이의 낙하 실험을 재현한 것입니다. 실험 결과는 어땠을까요? 지구 환경에서 무거운 물체인 망치는 곧바로 땅에 떨어집니다. 반면에 가벼운 깃털은 공중에서 천천히 흩날리며 바닥에 내려앉습니다. 이는 우리 모두가 일상적으로 경험하는 현상입니다. 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스는 이를 바탕으로 "낙하 속도는 무게에 비례하고 공기 저항에 반비례한다"고 주장했습니다. 무겁고 가벼운 두 물체가 나란히 떨어지는 모습을 상상해 보죠. 정말 무거운 물체일수록 더 빨리 떨어질까요? 아리스토텔레스에 따르면 무거운 물체는 가벼운 물체보다 더 빨리 떨어져야 합니다. 이제 두 물체를 끈으로 묶는다고 상상해 보세요. 두 물체를 합친 무게는 무거운 물체의 무게보다 크므로 합친 물체는 무거운 물체보다 더 빨리 떨어져야 합니다. 그러나 둘을 묶으면, 느린 것은 빠른 것의 속력을 늦출 것이고, 빠른 것은 느린 것의 속력을 증가시킵니다. 이는 모순입니다. 이 과감한 사고 실험은 ‘자연에 따라 정해진 속력’, 즉 무게에 따라 낙하 속력이 다르지 않다는 것을 의미합니다. 1687년 아이작 뉴턴은 운동 법칙을 정리합니다. 바로 질량이 더 큰 물체가 더 움직이지 않으려는 관성을 가지고 있다는 사실입니다. 뉴턴의 운동 제2법칙인 \( F = ma \)를 알고 있다면 논의는 간단해집니다. 서로 무게가 다른 두 돌은 지구가 끌어당기는 힘에 의한 속도의 변화, 즉 중력 가속도가 동일합니다. 가속도는 위치가 시간에 따라 변하는 정도인 속도의 변화량입니다. 가속도가 같으면 시간에 따른 운동이 동일합니다. 동시에 떨어진다는 말이죠. 그럼 왜 망치는 ‘쿵’하고 떨어지고 깃털은 사뿐히 떨어질까요? 바로 우리가 없애지 못한 공기의 저항 때문입니다. 망치의 경우, 공기의 저항이 망치의 무게에 비해 상대적으로 작습니다. 하지만 깃털의 경우, 공기 저항이 깃털의 무게에 비해 상대적으로 큽니다. 조금 더 과장해 코끼리와 깃털이라 생각해 봅시다. 코끼리의 공기 저항은 코끼리의 단면적과 속도가 훨씬 크기 때문에 깃털의 공기 저항보다 훨씬 큽니다. 다만, 그 무게에 대한 상대적 크기가 작을 뿐이죠. 다시 1971년 8월의 달로 가봅시다. 데이빗 스콧 선장이 떨어뜨린 망치와 새의 깃털은 어떻게 떨어졌을까요? 이제 짐작이 가시죠? 두 물체가 동시에 떨어집니다. 지구보다 상대적으로 작은, 달의 중력 탓에 아주 천천히 1.4초 정도 걸려서 말이죠. 실험 결과를 본 데이빗 스콧이 외쳤습니다. “갈릴레오 갈릴레이가 옳았다!” 이렇게 자연의 법칙은 다양한 실험을 통해 새롭게 발견되고 반박되고 재증명됩니다. 아폴로 15호의 이 유명한 시연은 NASA 홈페이지에서 “The Apollo 15 Hammer-Feather Drop”으로 찾아볼 수 있습니다.