크레마클럽

최근 트렌드라는 말이 무색 할 정도 

세상의 흐름이 빠르게 변하고 있다.

그래서 중요하게 알아야 할 정보들을 

자세히 알지 못하고, 쉽게 지나치는 경우가 많았다.

그래서 지식과 인문학에 대해 

흥미를 가지는 사람들이 많이 생기기 시작했고,

몇 년 전부터 시작된 인문학 열풍은 

지금까지 계속 이어지고 있다.

사람들은 다양한 방식, 다양한 종류의 

인문학을 즐기고 있는데 그 중에서도

사람들이 많은 관심을 갖는 분야 중 

하나가 바로 '과학' 이다.

그런데 과학에 흥미를 가지고

접근하려는 사람들에게 가장 어렵게

느끼는 것이 바로 아인슈타인의 

'상대성 이론' 이다. 

많은 사람들이 아인슈타인이라는 

인물에 대해서는 잘 알고 있지만

과학 역사상 최고의 이론 중 하나로

꼽히는 '상대성 이론' 에 대해서는

제대로 알고 있지 못한다.

' 잠 못들 정도로 재미있는 이야기 상대성 이론' 은

복잡하고 어렵게만 느껴지는 상대성 이론을

이해하기 쉽게 설명하는 책이다.

상대성 이론 탄생 이전의 물리학,

특수 상대성 이론의 세계,

양자역학과 함께 마이크로의 세계로,

일반 상대성 이론의 전모,

우주론과 함께 매크로의 세계로까지

6개의 주제로 나누어서 물리학과

상대성 이론에 대해 자세히 설명한다.

아인슈타인이 상대성 이론을 만들어 전까지

고대 그리스의 아리스토텔레스와 

16세기의 코페르니쿠스가 주장한 지동설은 

갈릴레이로 이어졌고, 그 후 뉴턴은 

갈릴레이가 주장한 관성의 법칙을 정리하여 

뉴턴의 운동 제 1법칙을 포함한 

세 가지 운동의 법칙을 기본원리로 

뉴턴 역학을 완성 시켰다.

그리고 로런츠가 운동 물체에서의 

전자기학에 대한 끊임없는 연구를 통해 

뉴턴 역학과의 모순을 밝혀냈지만, 

최종적인 해결책을 찾지 못했던 것을

아인슈타인이 해결한 것이 

'특수 상대성 이론' 이라는 점을 알 수 있었다.

특수 상대성 이론은 상대성 원리와 

광속불변의 원리가 빛을 매개로 하여

시간과 공간이 하나라는 것을 보여주는 것이고,

특수 상대성 이론에 대해 자세히는 

몰라도 E=mc2는 많이 봤었는데,

에너지(E)와 질량(m)의 관계가 광속(c)의 

제곱에 의해 등치된다는 양적 관계가 

중요하다는 점을 배울 수 있었다.

'특수 상대성 이론' 은 

자연의 법칙은 누구에게나 똑같다 .

빛의 속도도 누구에게나 똑같다 .

이 두 가지 원칙을 받아들이면 

쉽게 이해할 수 있을 것 같다.

아인슈타인 이전 뉴턴의 만유인력의 법칙은 

중력이라는 힘이 왜 존재하는지, 

그것이 어떻게 작용하는지에 대한 

답을 주지 못했지만 

아인슈타인의 '일반 상대성 이론' 은

우주 공간에서 중력이 어떻게 작용하는지

그 결과 우주는 어떻게 진화하는지에 대한 

단서를 제공하고 있다는 점을 알 수있었고,

그래서 아인슈타인의 중력장 방정식을 

우주 전체에 적용하면 단순하면서도 쉽게 

우주 진화에 대한 정보를 얻을 수 있고 

우주를 이해할 수 있다는점이 놀라웠다.

' 잠 못들 정도로 재미있는 이야기 상대성 이론' 을 통해

상대성 이론이 만들어지는 과정, 아인슈타인이 

주장한 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론의 

기본적인 개념과 원리, 상대성 원리가 어떻게 

활용되고 있는지를 쉽게 배울 수 있었다. 

그 어렵다는 상대성 이론을 재미있게 풀었다고 해서 정말인가 의심스러워 보게 된 책이다. 책을 보다보면 자정이 훨씬 넘어 새벽에 잠든 적도 많기에 되도록이면 잠자리에 책을 가져가지 않는 편이다. 하지만 이 책의 이름은 대놓고 잠 못들 정도라니 확인하고 싶은 생각이 절로 들어 자기 전 책을 읽었다. 결과는 '잠이 안 오지는 않더라'다. 과학 전 분야 중 유독 물리에 약했는데, 어떤 식으로 설명을 했건 결국 물리는 물리라는 것을 생각하지 않았던거다.

또, 아주 큰 착각을 하고 있다는 것을 읽으면서 깨달았다. 과학자들 대다수가 실패라고 생각할 때, 아이슈타인은 그저 받아들이고 그렇다고 이해를 했기 때문에 지금의 상대성 이론이 탄생할 수 있었다고 한다. 내가 정해진 날에 시험이라도 볼 것 처럼 외우려하고 이해되지 않는 물리의 법칙, 공식을 굳이 이해하려고 애를 썼기 때문에 책이 더 재미없게 느껴진 거다. 그저 '이랬구나'하고 넘어갔어야 하는 것을 조금 늦게 알았다. 한 마디의 요점을 설명하기 위해 그래프와 그림을 사용했다는 것도. 도중에 무척 슬픈 사실을 발견하기도 했다. 이 책의 목적이 중학교 때까지 배운 수학을 바탕으로 누구나 상대성 이론을 알기 쉽게 하려는 의도를 가지고 있다는거였다. 그 부분을 읽기 전까지 나왔던 공식 중에 내가 기억하고 있는 거라고는 기계처럼 외우고 있는 E = mc² 이거 하나였다.

절망감을 가지고 겨우 읽어가던 내게 뒷부분은 제목과 가깝게 재미있는 이야기로 바뀌었다. 상대성 이론으로 설명이 가능한 비행기 실험, 특수 상대성 이론을 바탕으로 만들어진 입자 가속기, 가속기를 이용한 암치료 방법, 핵, 원자력 등 같은 물리라도 내 기준으로 보자면 지구과학 쪽에 근접한 양자역학이 등장했기 때문이다. 양자역학도 어렵다는 이야기는 들었으나 수학적 계산과 공식에 어지러웠던 초반에 비해면 무척 흥미로운 부분이었고, 덕분에 후반부는 지루함 없이 볼 수 있었다.

끝부분은 더 재미있었다. 블랙홀, 태양, 빅뱅, 빛과 우주 이야기다. 우주에 관한 책을 보면서 물리적으로 접근하지 않아서인지, 내가 기억하지 못해서인지 일반이건 특수건 상대성 이론이 우주에서 일어나는 현상들을 설명 할 수 있다는 사실은 처음 본지라 새삼 대단하게 느껴졌고 신기하기도 했다. 수학과 물리학을 어느 정도 아는 사람이라면 처음부터 재미있게 볼 수 있을 것이고, 나 같이 공식은 알파벳과 모자(루트) 숫자의 조합이다 싶은 사람은 즐거워질 뒷 부분이 있으니 그럭저럭 재미있는 상대성 이론 이야기가 아닐까.

상대성 이론이라는 제목의 이 책은 전 우주 시공간의 신비와 에너지, 질량의 수수께끼가 깃든 상대성 이론의 전모와 깊이에 조금 더 쉽게 다가갈 수 있게 도와주는 책입니다. 상대성 이론의 토대는 ‘상대성 원리’와 ‘광속 불변의 원리’라는 두 가지 원리를 잘 이해해 두면 상대성 이론을 보다 쉽게 이해할 수 있습니다. 이 점을 염두에 두고 모르는 부분은 천천히 시간을 두고 생각하면서 읽어 가니 상대성 이론이 우리 생활에 빼놓을 수 없는 것이라는 것을 알 수 있었던 것 같습니다.

과학은 발전 단계에 따라 패러다임이 성립되고, 공통적인 이론적 기반과 방법론이 받아들여지게 됩니다. 이러한 패러다임 하에서의 연구 성과가 차곡 차곡 쌓이게 되지만 점차 기존의 패러다임으로는 설명이 되지 않는 이례 (異例, anomaly) 역시 쌓이게 되면서 기존 패러다임에 대한 의문이 나타납니다. 결국 기존 패러다임을 대체하는 새로운 패러다임이 출현하면서 기존 패러다임 하에서 쌓아온 연구 성과의 상당수가 무너지고 새로운 패러다임이 정상 과학으로 자리 잡습니다. 이러한 구조는 토마스 쿤에 의해 ‘과학 혁명의 구조’라 명명되었습니다.

이렇듯 세간의 오해와는 다르게 과학은 과학적 성과를 지속적으로 쌓는 것이 아니라 기존 성과를 바탕으로 그 성과를 무너뜨리면서 진리를 찾아가는 과정이라 볼 수 있습니다.

1905년 26세에 불과하던 특허청 직원 아인슈타인은 연달아 ‘빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여 (광전 효과)’, ‘정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여 (브라운 운동)’, ‘운동하는 물체의 전기역학에 대하여 (특수상대성 이론)’, ‘분자 차원의 새로운 결정 (고체 분자의 운동과 에너지)’, ‘물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가 (질량 에너지 등가 원리)’ 등 5편의 논문을 발표합니다. 이 중 ‘분자 차원의 새로운 결정’은 아인슈타인이 박사 학위를 취득하기 위한 논문이며, ‘빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여’는 노벨 물리학상을 수상하는데 기여한 논문입니다. 또한 ‘정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여’, ‘운동하는 물체의 전기역학에 대하여’ 두 논문 역시 노벨상급을 훌쩍 넘어서는 논문으로 유명하며 ‘물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가’는 E=mc^2라는 유명한 공식으로 유명합니다. 이렇듯 다른 과학자는 평생에 걸쳐 단 하나를 남기기도 어려운 과학적 업적이 담긴 논문을 학부 출신 직장인이 한 해에 여러 편을 발표한 1905년을 과학사가들은 ‘기적의 해’라 칭하고 있습니다.   

이러한 아인슈타인이라는 인류 사상 최고의 천재가 나타난 것은 그간 과학적 성과가 지속적으로쌓였기에 가능했던 것으로 이 역시 과학 혁명의 결과로 설명할 수 있습니다.

“잠 못들 정도로 재미있는 이야기 ? 상대성 이론 (오미야 노부미쓰 著, 조한국 監, 이영란 譯, 성안당)”은 이러한 관점에서 ‘상대하여 일정 속도로 움직이는 좌표계에서 물체의 운동은 동일한 법칙을 양쪽 좌표계에 적용할 수 있다’는 갈릴레이의 상대성 원리부터 이야기를 시작합니다. 이는 아인슈타인의 상대성 이론의 절대 원리 두 가지 중 하나인 ‘자연의 법칙은 누구에게나 똑같다’의 토대가 됩니다. 

이렇듯 책은 아인슈타인 이전의 과학사를 8개의 장을 통해 할애하여 설명함으로써 이후 아인슈타인의 상대성 이론을 보다 쉽게 이해할 수 있는 토대를 제공하고 있습니다. 또한 광속의 절대성 (책에서는 빛의 속도라고 표현했는데 번역자의 실수가 아닐까 합니다. 빛의 속도는 통과하는 물질에 따라 변할 수 있음에도 불구하고 13장의 제목이 ‘언제 어디서든 변하지 않는 빛의 속도란?’이라는 제목으로 되어 있어 오해를 불러 일으킬 수 있을 것 같습니다.)이나 시간과 공간을 통합하여 시공간이라는 개념을 제시한 상대성 이론의 핵심적인 아이디어와 원리를 일러스트와 함께 55개의 짧은 아티클로 설명하고 있어 상대성 이론에 대한 이해를 돕고 있습니다. 

상대성 이론을 접할 때 가장 큰 난관은 직관과 상식에 의한 세계관입니다. 우주와 자연은 원래 그런 모습이지만 인간이 바라볼 때 자신이 알고 있는 바대로 보고 해석하기 때문에 우주와 자연을 오해하는 것 같습니다. 보통 사람 뿐 아니라 많은 과학자들도 그런 오해를 해왔습니다. 하지만 조금씩 조금씩 우주와 자연을 해석해왔고 아인슈타인은 특유의 사고 실험을 통해 우주와 자연의 비밀을 한 꺼풀 벗겨냈습니다. 그리고 그동안 상대성 이론은 그것의 증거를 강력하게 확보하고 있습니다. 보통 사람들이 세상을 살아가는 데 별로 도움은 되지 않겠지만 그래도 인간이 인간다운 것은 모르는 것에 대해 알고자 하는 욕망이라 생각합니다. 우주와 자연이 가진 비밀 일부를 조금이나마 이해하기 위해 필요한 도움을 이 책이 조금이나 줄 수 있을 것이라 생각합니다.

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※ 출판사로부터 도서를 제공받아 작성한 리뷰입니다