질량
질량은 뉴턴의 운동원리뿐만 아니라, 중력적 인력 또는 중력이라고 불리는 힘의 임계량입니다. 두 물질의 상호 간의 인력은 이 두 물질의 질량과 거리의 곱입니다. 중력상수라고 하는 G는 일정한 값인데 이것은 자연에서 부여한 값이며 온 우주에서 동일합니다. 아직까지 일정한 값을 갖는 G의 이유에 대해 알려지지 않았습니다. 아르키메데스가 부력을 발견한 일화는 뉴턴의 사과 일화만큼이나 매혹적인 이야기입니다. 왕관의 순금함량을 조사라 하는 명을 받은 아르키메데스는 목욕을 하는 도중 왕관을 물에 집어넣으면 더 가벼워진다는 사실을 발견했습니다. 이 발견에 너무나 기쁜 나머지 그는 옷 입는 것도 잊은 채 "유레카"를 외치며 거리로 나갔다고 합니다. 이후로 액체 및 기체 역학은 매우 중요한 과학의 한 분야가 되었습니다. 이 분야에서는 비행물체나 주행차량의 공기저항 값도 조사합니다. 한편 파이프라인을 흐르는 액체의 거동이라든지 대양과 대기의 거동도 연구하는데, 이 분야가 바로 수력학입니다. 이 분야는 기초과학은 아니지만 수학적 난이도는 보통이 아닙니다. 2002년에 일본에서 세계 컴퓨터가 구축된 이유도 바로 기후를 수력학적으로 구하기 위해서였습니다. 갈릴레이와 뉴턴의 업적으로 다져진 고전역학 분야는 수세기에 걸친 시간 동안 연구활동 면에서 활발하지 못했습니다. 새로 발견될 것이 없어 보였기 때문입니다. 더욱이 아인슈타인의 상대성 이론과 곧이어 양자역학이 등장한 이후 고전역학의 기초이론들이 흔들리기 시작했습니다. 심지어 오늘날에는 새로 등장한 카오스 이론에 의해 역학의 범주까지 의문에 붙여졌습니다. 역학에는 풀 수 없는 문제가 한둘이 아니고 풀었다 해도 답들이 '카우스'적입니다. 이처럼 의심스러운데도 역학이 학문적으로 의미가 있을까요? 물론 의미가 있습니다. 오늘날 우리 문명은 공학기술과 고등역학을 기본으로 하는 테크놀로지에 의존하고 있습니다. 역사를 통틀어 새로운 발명의 근간을 담당한 것도 역학이었습니다.
진동
진동은 물리적인 현상입니다. 보통 그네나 진자의 왕복운동을 예로 드는데, 이 외에도 이산화탄소분자의 원자들이 계속해서 서로를 돌고 있는 등 훨씬 많은 예가 있습니다. 지구 내부의 진동으로 인해 우리들은 지구의 구조를 알 수 있고, 다른 한편으로 진동으로 인해 지진을 경험하기도 합니다. 사람은 물론 동 식물의 내부에도 시계가 있어 주기적으로 화학반응을 거듭 야기합니다. 주가의 등락은 물론이고 정치판의 투표율 또한 익숙한 진동의 실례입니다. 자연은 물론 우리 사회에 왕복운동을 하는 다양한 진동계가 있지만, 이들을 설명하는 데는 모두 같은 수학과 물리학 공식이 적용됩니다. 어디선가 리듬이 있는 소리를 들으면 자신도 모르게 몸을 움직이기도 합니다. 사람은 그네나 진자가 되어 흔들리기도 하지만, 풀잎이나 포크를 흔들리게 할 수도 있습니다. 이를 과학적으로 설명한 것이 '공명' 현상입니다. 모든 소리가 사물을 공명 시키는 것은 아닙니다. 소프라노 가수라면 대단히 정확한 음을 내야 유리를 깨뜨릴 수 있습니다. 그네를 밀어줄 때도 더 높이 올라가게 하려면 바른 리듬을 타면서 밀어주어야 합니다. 왜 그럴까요? 유리나 그네가 본래부터 가진, 소위 '자유진동' 때문입니다. 모든 계는 저마다 고유한 리듬이 있습니다. 과학적 용어로 말하면 진동수가 있습니다. 이러한 자유진동이 사물의 외부에서 작용하면 그때 진동은 더욱 커집니다. 너무나 커져 사물이 물리적으로 파괴되는 경우도 있습니다. 타이베이 101은 대망의 수도 타이베이에 세워진 초고층 금융센터 건물로, 지진과 허리케인의 고위험지역에 세워져 더욱 관심이 높았습니다. 이러한 재난피해를 예방하고자 건출가들과 엔지니어들은 무게가 수백 톤에 이르는 대형 구를 제작해 고층에 안치하는 설계를 하였습니다. 지진이나 허리케인이 발생해 빌딩이 흔들리면 쉽게 움직이는 이 구가 진동을 감쇠합니다.
파동
파동은 보통 일상에서 일어나는 일이지만, 파동보다 어려운 개념인데, 특이하게도 진동이 있는 곳에는 보통 파동이 따릅니다. 물결이나 소리가 이어지려면 그것을 전달해 주는 액체나 기체와 같은 물질이 있어야 합니다. 이와는 다르게 라디오파나 빛과 같은 전자기파는 그것을 전달해 주는 매개체가 없어도 됩니다. 어린아이들은 욕조에 담긴 물로 물결을 지어보고, 좀 더 큰 아이들은 해변에서 파도로 장난을 치며 놉니다. 우리의 오감 중 게일 중요한 청각과 시각은 파동에 의존합니다. 즉 음향이나 소리, 빛의 파동을 활용합니다. 라디오파, 적외선, 엑스선, 빛은 주파수만 다를 뿐 모두 전자기파입니다. 양자물리학의 창시자는 전자와 원자는 물론, 모든 물질이 파동성질을 지님을 증명해 냈습니다. 파동은 언제나 진동에서 기원합니다. 예컨대 바이올린 현을 연주한다면, 먼저 소량의 공기가 현을 진동하고 이 진동이 주위를 진동하게 만들고 계속 더 멀리 진동시킵니다. 진동을 잘 받아들이는 공기를 매질로 하여 사방으로 퍼지게 합니다. 진동이 계속되고 시간이 흐르면 실내는 일정지점을 두고 주기적으로 변하는 특정 파동패턴으로 가득 찹니다. 원래 진동이 아주 짧다면, 예컨대 바윗돌 하나를 물 위에 떨어뜨리면 짧은 파동연쇄가 생성되고, 마찰 때문에 저절로 잦아들다가 사라집니다. 파동의 여러 현상 가운데 회절과 간섭이 특히 흥미롭습니다. 이 두 현상은 호이겐스원리를 따릅니다. 17세기 네덜란드 과학자 호이겐스가 제창한 이 이론에 따르면, 파동의 어느 지점에서건 동일 진동수와 파장을 가진 원형파나 구형파가 발생할 수 있습니다. 벽을 따라 진행하던 파동이 모서리를 만나면, 이 구석에서부터는 구형파가 퍼지게 됩니다.