제각각인데 왜 이렇게 아름다울까？ 15개 진자가 만들어내는 2분간의 댄스의 비밀

사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일이 실험이에요.

15개의 진자가 마치 살아 움직이듯 파도치고, 소용돌이치다가, 다시 제자리로 돌아오는 광경——. 과학기술관에서 그 모습을 처음 봤을 때, 저도 모르게 발걸음을 멈추고 말았습니다. 아래 영상을 꼭 한번 보세요.

15연 진자와의 만남

과학기술관에서 15연 진자를 발견했습니다. 뿔뿔이 흩어지는가 싶더니, 어느새 다양한 패턴의 춤을 추기 시작합니다.

왜 이렇게 아름다운 걸까?

이 장치, 겉으로 보면 단순합니다. 길이가 서로 다른 15개의 진자가 나란히 매달려 있을 뿐이니까요. 하지만 그 안에는 물리 법칙이 만들어내는 ‘필연적인 아름다움’이 숨어 있습니다. 진자의 주기(한 번 왕복하는 데 걸리는 시간)는 줄의 길이에 따라 결정됩니다. 이것을 ‘진자의 등시성’이라고 하죠. 긴 진자는 천천히, 짧은 진자는 빠르게 흔들립니다. 이 당연한 사실이, 15개가 한꺼번에 움직이기 시작하면 마치 안무가가 지시라도 한 듯 복잡하고 아름다운 패턴을 만들어냅니다.

2분 후에 원래대로——그 비밀은?

원래 패턴으로 돌아오는 건 약 2분 후입니다. 이건 우연이 아닙니다. 15개의 진자 길이는, ‘2분 동안 각각 정확히 정해진 횟수만큼 왕복하고 출발 지점으로 돌아오도록’ 계산해서 설계된 것입니다. 예를 들어, 가장 긴 진자가 2분 동안 51번 왕복한다면, 옆 진자는 52번, 그 옆은 53번…… 이런 식으로 딱 1번씩 차이가 나도록 길이가 조정되어 있습니다.

제각각 다른 리듬으로 움직이던 진자들이, 2분 후에는 모두 “준비, 시작!” 의 출발선으로 동시에 돌아옵니다. 이 원리는 ‘맥놀이(うなり)’나 ‘공명의 리셋’과 연결 지어 설명할 수도 있습니다. 음악으로 비유하자면, 저마다 다른 템포로 연주하던 15명의 연주자가 딱 같은 타이밍에 일제히 첫 박자를 맞추는 순간——그게 바로 2분 후에 찾아오는 것입니다.

어떤 춤이 펼쳐질까?

움직이기 시작한 후 2분 동안, 15연 진자는 쉴 새 없이 표정을 바꿉니다. 처음엔 일제히 흔들리다가, 파도처럼 출렁이기 시작하고, 이윽고 소용돌이처럼 보이기도 하고, 좌우로 나뉘기도 합니다. 같은 패턴은 단 한 번도 반복되지 않습니다. 이는 각 진자의 ‘위상(타이밍의 어긋남)’이 시시각각 변하기 때문입니다. 물리학적으로 말하면, ‘위상의 간섭’이 만들어내는 시각적 예술이라고도 할 수 있습니다.
끝까지 꼭 감상해보세요. 과학 교과서에는 없는 ‘움직이는 예술’을 틀림없이 경험하게 될 거예요.

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