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이제 ‘지구는 자전한다’는 사실을 누구나 당연하게 여긴다. 그런데 이 사실이 실험으로 밝혀진 것은 채 200년도 되지 않았다. 프랑스 과학자 레옹 푸코는 진자 실험을 통해 처음으로 지구의 자전을 밝혀냈는데, 진자의 진동을 계산할 때는 무리수가 쓰인다.


프랑스 파리에 있는 판테온은 신고전주의 초기에 만들어진 건축으로 반구형 천장인 돔이 있고, 건물 정면은 로마에 있는 판테온과 같은 모습을 하고 있다. 처음에는 성 주네비에브에게 봉헌된 교회였는데, 현재는 예배 장소이자 위인들의 묘지 역할을 하고 있다.

1851년 어느 날 판테온 내부 돔에 줄이 걸렸다. 프랑스의 과학자 장 베르나르 레옹 푸코가 매단 줄이었다. 푸코는 여기서 진자 실험을 해 이제껏 명확하게 설명하지 못했던 지구의 자전을 증명해보이려고 했다. 푸코는 판테온에서 추가 진동하는 방향이 천천히 회전하는 것을 보이며 지구의 자전을 입증해냈다. 과거부터 지구가 자전한다는 주장은 종종 있었지만 눈으로 확인할 수 있는 실험으로 증명한 것은 처음이었다.

푸코는 판테온 돔 천장에 길이 약 67m의 줄을 걸고, 줄 끝에 무게 약 28kg인 추를 매달았다. 추를 흔들고 어느 정도 시간이 지나자 진동면이 천천히 회전하기 시작했다. 진동면은 진자가 좌우로 움직이면서 줄이 지나간 단면을 말한다. 이 단면의 회전이 지구의 자전과 어떤 상관이 있는 것일까?

푸코의 실험에서 진자를 오랜 시간동안 진동시키자 진동면이 한 방향으로 조금씩 돌아갔다. 이론적으로 공기의 저항을 무시하면, 진자에 작용하는 힘은 중력과 실의 장력뿐이므로 진자는 일정한 진동면을 유지해야 한다. 그런데 진동면이 일정한 시간 간격으로 정해진 각도만큼 회전하고 있다면? 이것은 결국 땅이 회전하고 있다는 것을 뜻한다. 즉, 지구가 돌고 있는 것이다.

푸코의 실험에서 추의 진동면은 약 32.7시간마다 완전한 원을 만들었다. 시계방향으로 매 시간 약 11°씩 회전한 셈이다. 이것은 지구가 자전한다는 사실을 뒷받침하는 증거가 됐고, 이 실험은 푸코의 진자라는 이름으로 전 세계에 알려졌다.